Cientistas criaram membranas de diamante ultrafinas para resfriamento eficiente de chips

Especialistas da rede alemã de institutos Fraunhofer desenvolveram uma tecnologia para a produção em massa de membranas de diamante para melhorar a remoção de calor de componentes eletrônicos. As membranas de diamante servem como condutor de calor entre chips e dissipadores de calor, evitando fluxo de corrente e curtos-circuitos. Experimentos mostraram que as membranas de diamante resfriam os chips uma ordem de grandeza melhor, o que, por exemplo, pode acelerar em cinco vezes o carregamento de veículos elétricos.

Membrana condutora de calor de diamante. Fonte da imagem: Fraunhofer EUA, Centro Centro-Oeste CMW

«Queremos substituir essa camada intermediária [interface térmica] pela nossa nanomembrana de diamante, que é extremamente eficiente na transferência de calor para o cobre, já que o diamante pode ficar embutido nos caminhos condutores”, explicou Matthias Mühle, cientista envolvido no projeto. “Como nossa membrana é flexível e removível, ela pode ser colocada em qualquer lugar do componente ou cobre ou integrada diretamente no circuito de resfriamento.”

Os dissipadores de calor de diamante não são novos e estão começando a ter algum uso, mas normalmente têm mais de 2 mm de espessura, o que os torna difíceis de serem fixados em componentes de circuitos eletrônicos. A espessura das nanomembranas propostas é de apenas 1 mícron. Eles são flexíveis e podem ser ligados a componentes eletrônicos usando calor tão baixo quanto 80°C. Os pesquisadores criaram as nanomembranas cultivando diamante policristalino em cima de pastilhas de silício. Para obter os contornos necessários da interface térmica do diamante, os wafers são então gravados e as membranas são separadas.

Segundo os desenvolvedores, as nanomembranas de diamante podem reduzir em 10 vezes a carga térmica dos componentes eletrônicos, o que, obviamente, aumentará a eficiência energética e a vida útil dos componentes e dos dispositivos como um todo. Se as membranas fossem integradas em sistemas de carregamento de veículos elétricos, poderiam ajudar a aumentar as taxas de reposição de carga em cinco vezes, diz a equipe. A capacidade de criar membranas em substratos de silício também significa que a produção em massa delas não será difícil. O pedido de patente correspondente já foi depositado. Estamos ansiosos para testar novas soluções de dissipadores de calor em inversores para carregamento de veículos elétricos e como parte de outros produtos eletrônicos.