[ad_1]
(Foco Nanowerk) A medida que los componentes electrónicos se vuelven más pequeños, más rápidos y más potentes, gestionar el calor que generan se vuelve cada vez más difícil. Los componentes electrónicos 3D densamente empaquetados y fabricados apilando componentes verticalmente son particularmente vulnerables al sobrecalentamiento porque el calor tiene vías limitadas para escapar. Sin embargo, los científicos de Singapur han desarrollado una forma inteligente de disipar específicamente el calor antes de que los dispositivos se calienten demasiado.
Informaron sus resultados en Materiales avanzados (“Compuestos BN microestructurados con vías de alta conductividad térmica desarrolladas internamente para envases electrónicos 3D”).
Utilizando campos magnéticos para alinear con precisión partículas microscópicas en forma de placa hechas de un material conductor de calor llamado nitruro de boro hexagonal (BN), los investigadores pudieron conducir el calor a lo largo de caminos personalizados dentro de la red de partículas. Esta capacidad podría evitar el sobrecalentamiento en la electrónica de alto rendimiento de próxima generación, como los chips apilados en 3D.
La investigación fue dirigida por la profesora adjunta Hortense Le Ferrand de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur. Su equipo cubrió partículas de BN con nanopartículas de óxido de hierro para hacerlas responder a los campos magnéticos. Luego suspendieron estas partículas recubiertas en un disolvente y vertieron la mezcla en pequeños bloques de aproximadamente 1 mm de altura.
Al ajustar la orientación de un campo magnético giratorio durante el proceso de fundición, los investigadores pudieron alinear las partículas de BN con forma de plaquetas localmente dentro de las muestras. Descubrieron que las muestras con partículas alineadas verticalmente eran capaces de conducir el calor en la dirección de alineación excepcionalmente bien, con conductividades térmicas de más de 12 W/mK, más de seis veces mayores que las muestras con partículas dispersas aleatoriamente.
![Partículas microscópicas de nitruro de boro hexagonal en varias configuraciones.](https://www.nanowerk.com/spotlight/id63613_1.jpg)
«La gran área de contacto entre partículas alineadas verticalmente permite que las vibraciones de la red se transfieran fácilmente de una partícula a la siguiente, creando ‘autopistas’ para la conducción del calor», explica Le Ferrand.
Sin embargo, el hallazgo más importante fue que apuntar a las partículas de BN en diferentes posiciones permitió el control direccional sobre el flujo de calor. Por ejemplo, al cambiar gradualmente la orientación de las partículas de vertical a horizontal, los investigadores crearon películas que podían conducir el calor hacia los lados.
Esta canalización estratégica del calor podría evitar puntos calientes cuando los componentes electrónicos se apilan directamente uno encima del otro, una configuración común en los chips 3D de alta densidad. Normalmente, la disipación de calor vertical entre capas no es deseable porque corre el riesgo de dañar los componentes. Pero con microestructuras adaptadas, el calor podría disiparse lateralmente hacia un disipador de calor.
Para demostrar esto, los científicos simularon un ensamblaje de chip 3D aplicando calor a ambas superficies de una película que contenía partículas de BN inclinadas. Las imágenes infrarrojas confirmaron que el calor se propagaba lateralmente a lo largo de la orientación de las partículas, en lugar de verticalmente.
Según Le Ferrand, las microestructuras adaptadas se fabricaron fácilmente utilizando una técnica llamada fundición deslizante asistida magnéticamente. “Se pueden programar alineaciones complejas simplemente cambiando la dirección del campo magnético durante la fundición. El proceso es simple y escalable”, afirma.
Es importante que las películas ofrezcan algo más que una mejor disipación del calor. Debido a que las partículas de BN altamente empaquetadas constituyen más del 60% del material, las películas tienen propiedades mecánicas útiles como resistencia a la compresión, dureza y rigidez. La baja densidad y la constante dieléctrica también son ventajosas para aplicaciones electrónicas.
La conductividad térmica excepcionalmente alta combinada con microestructuras personalizables hace que estos compuestos BN eléctricamente aislantes sean prometedores para una gestión térmica eficiente en la electrónica de alto rendimiento de próxima generación. Más allá de la electrónica, los canales térmicos personalizados también podrían beneficiar a otros sectores como la ingeniería aeroespacial y la energía nuclear.
«Nuestro estudio muestra un enfoque único para dirigir el calor dentro de un material hacia donde necesita ir», concluye Le Ferrand. «Esto podría proporcionar nuevas soluciones para la gestión térmica en sistemas complejos y entornos densos».
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
Nanowerk LLC
¡Conviértete en autor invitado de Spotlight! Únase a nuestro gran y creciente grupo de autores invitados. ¿Acaba de publicar un artículo científico o le gustaría compartir otros desarrollos interesantes con la comunidad de nanotecnología? Cómo publicar en nanowerk.com.
[ad_2]