Ein Forschungsteam von Skoltech hat die Eigenschaften eines im 3D-Druck verwendeten Polymers verbessert. Durch die Zugabe von Bornitrid-„Flocken“ zum Photopolymer gelang es den Wissenschaftlern, die Wärmeleitfähigkeit des Materials zu verdoppeln. Dies könnte eine Überhitzung der mit dem Polymer verkapselten Mikrochips verhindern und so kleinere und leistungsfähigere mikroelektronische Geräte ermöglichen. Der Artikel wurde veröffentlicht in Polymere.
„Die von uns entwickelte Drucktechnologie ist ein Schritt zur Verschmelzung von Mikroelektronik und additiver Technologie“, kommentierte der Co-Autor der Studie, Assistenzprofessor Stanislav Evlashin von Skoltech Materials. „Während sich frühere Forschungen eher auf das Drucken leitfähiger Kontakte für flexible Elektronik konzentrierten, haben wir uns vorgenommen, die Eigenschaften von Polymeren zu verbessern, die für die Verpackung von Mikrochips geeignet sind – also für die Herstellung der äußeren Kapsel eines Mikrochips.“
Je kleiner die Elektronik wird, desto akuter wird das Problem der Überhitzung. In einem kleineren Volumen zusammengepfercht, führt die gleiche Energiemenge zu einer schnelleren Überhitzung und einem Geräteausfall. Um dieses Problem anzugehen, müssen Materialien mit besserer Wärmeleitfähigkeit verwendet werden.
Die Chips selbst bestehen aus Silizium, das die Wärme gut leitet, die Kapsel, in der sich das Gerät befindet, könnte jedoch aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit die Wärmeübertragung behindern. Als Material für diese Außenverpackung wird bei komplex geformten Geräten Photopolymer verwendet – eine Paste, die unter Strahlungseinwirkung in einem 3D-Drucker erstarrt. Dieses Photopolymer ist das Material, dessen Eigenschaften in der Skoltech-Studie verbessert wurden.
„Die wünschenswerten Eigenschaften dieses Photopolymers für die Verwendung in Mikrochip-Verpackungen bestehen darin, dass es Wärme gut leitet, aber keinen Strom leitet“, erklärte Daniil Chernodubov, Forscher und Co-Autor der Studie bei Skoltech Materials.
„Wir gingen sogar so weit, die Wärmeleitfähigkeit des Materials tatsächlich zu verdoppeln, ohne seine Isoliereigenschaften oder seine mechanische Festigkeit zu beeinträchtigen. Um dies zu erreichen, füllten wir das Polymer mit einer anderen Verbindung namens Bornitrid in Form von Flocken in einer Menge von 20 %.“ % nach Ausgabe.“
„Die eigentliche Technik, die wir zum Drucken verwendet haben, ist als digitale Lichtpolymerisation bekannt“, fügte Evlashin hinzu. „Es hat eine hohe Auflösung und eignet sich zum Verpacken von Geräten mit komplexen Formen. Es kann auch verwendet werden, um die Kapsel direkt auf einen Siliziumchip zu drucken. Die verbesserte Wärmeleitfähigkeit des Polymers gewährleistet die Stabilität und Integrität elektronischer Komponenten und ermöglicht deren Funktionieren.“ bei höheren Betriebseigenschaften.“
Mehr Informationen:
Julia V. Bondareva et al., Thermische und elektrische Eigenschaften von additiv hergestellten Polymer-Bornitrid-Verbundwerkstoffen, Polymere (2023). DOI: 10.3390/polym15051214