Teknika të reja bashkimi për elektronikën falë nanoefekteve

Komponentët elektronikë po bëhen gjithnjë e më të vegjël, më kompleksë dhe më të fuqishëm, duke kërkuar zgjidhje të reja për bashkimin e tyre.
Një ekip iEMPA po zhvillon materiale bashkuese me nanostrukturë për gjeneratën e ardhshme të mikroelektronikës dhe aplikacione të tjera inovative kërkuese.
Nanogrimcat mund të jenë revolucioni i ardhshëm që bota pret.

Swiss Ecowork Space për riciklimin e mbetjeve elektronike

Profecia e Gordon Moore e vitit 1965: çdo dy vjet, një dyfishim i komponentëve

Gordon Moore kishte të drejtë. Në prill 1965, inxhinieri amerikan, më vonë bashkëthemelues i Intelparashikoi që numri i transistorëve në një çip do të dyfishohej afërsisht çdo dy vjet.
Edhe sot, ky zhvillim vazhdon pothuajse me të njëjtin ritëm, jo ​​më pak sepse prodhuesit e çipave në mbarë botën përdorin Ligjin e Moore si bazë për planifikimin e tyre strategjik. Prandaj, "profecia është vetëpërmbushëse", siç do të thoshin sociologët.
Por dyfishimi i numrit të qarqeve çdo dy ose tre vjet ndonjëherë arrin kufijtë e fizibilitetit teknik.
Kjo vlen edhe për bashkimin e teknologjive, të cilat duhet të mbajnë ritmin me kërkesat në rritje.
Në fund të fundit, komponentët elektronikë gjithnjë e më të vegjël dhe më të fuqishëm duhet të integrohen në sisteme më të mëdha dhe nyjet që lidhin komponentët me lavamanët ose bordet e qarkut nuk duhet të lirohen gjatë ndryshimeve të temperaturës ose dridhjeve, ose të nxehen gjatë funksionimit.
Një ekip i drejtuar nga Jolanta Janczak-Rusch e Bastian Rheingans i Laboratorit të Teknologjive të Bashkimit dhe Korozionit tëEMPA po përballet me këtë problem.

Lidhja midis telefonave celularë dhe zhvillimit të qëndrueshëm në shkallë globale

Nevojat e industrisë? Të jesh në gjendje të kombinosh miniaturizimin dhe performancën e rritur

“Partnerët dhe klientët tanë, për të cilët ne zhvillojmë zgjidhje të personalizuara, duan gjithmonë më shumë, dhe mundësisht gjithçka në të njëjtën kohë”, thotë Janczak-Rusch.
Një bashkim për një komponent të ri elektronik me performancë të lartë, për shembull, duhet të bëhet në temperaturën më të ulët e "delikate" të jetë e mundur, por duhet gjithashtu të përballojë temperaturat më të larta kur komponenti është në punë dhe të shpërndajë në mënyrë efikase nxehtësinë e mbetur nga komponentët.
Kjo është mënyra e vetme për të kombinuar miniaturizimin dhe rritjen e performancës, pa rritur pafundësisht koston e ftohjes.
Teknologji të tjera të avancuara si fotonika, teknologjia e sensorëve, udhëtimi në hapësirë, bateritë dhe ndërtimi i turbinave varen gjithashtu nga konceptet inovative të bashkimit.

Transistorë të ndërrueshëm me dritë falë "oksideve transparente"?

Nga saldimi ose brazimi tek nanogrimcat për një disiplinë të rinovuar shkencore

Në saldim ose brazim, materialet bazë bashkohen me shkrirjen e një materiali shtesë, i cili është aliazh mbushës për saldim/bluzim.
Pjesët e punës nuk shkrihen gjatë procesit. Deri në 450 gradë Celsius flasim për saldim, ndërsa mbi 450 gradë Celsius flasim për brazim.
Ndryshe nga brazimi, në saldim copat shkrihen pjesërisht dhe bashkohen menjëherë pas ftohjes.
Materialet mbushëse shpesh futen në rruazën e saldimit për të rritur sasinë e metalit të shkrirë.
Nanojunction është një disiplinë e re shkencore, e zotëruar mirë nga EMPA në Zvicër.
Ai përfshin teknikat e bashkimit për bashkimin e nano-objekteve, por edhe procese të reja bashkimi me performancë të lartë duke përdorur nano-efekte.
Il Laboratori Federal i Testimit dhe Kërkimit të Materialeve, me vendndodhje në Thun, St. Gallen dhe Dübendorf, është një lojtar kryesor në këtë disiplinë të re, si dhe një anëtar themelues dhe selia e Shoqatës Ndërkombëtare Nano- & Microjoining.

Transistorë të printuar në letër apo film PET? Zvicra është pothuajse atje…

Nanoformat e argjendit, ndryshe nga metali, të përdorshme në "vetëm" 250 gradë Celsius

Prandaj nevojiten materiale dhe procese të reja për të përmbushur kërkesat gjithnjë e më komplekse të bashkimit.
Në këtë situatë, bashkimi me nanomateriale, i ashtuquajturi nano-bashkim, ofron një potencial të madh.
Industria tashmë përdor nanoformat e argjendit, pra bashkimin e materialeve të bëra nga nanogrimcat e argjendit.
Përfitimi: Ndërsa pika e shkrirjes së argjendit të pastër është 962 gradë Celsius, nanoformat e argjendit mund të aplikohen për të prodhuar nyje shumë përçuese elektrike dhe termike në temperatura deri në 250 gradë Celsius.
Edhe më mirë: Pasi të prodhohen, këto bashkime mund të përballojnë edhe temperatura më të larta të funksionimit sesa janë prodhuar.

Në Zvicër u zbulua një material që “kujton” si truri

Sinterizimi në vend të saldimit për të reduktuar energjinë sipërfaqësore të shtresave

Kjo zgjidhje inovative është rezultat i njohurive të shkencës materiale.
"Këtu ne po zëvendësojmë procesin klasik të saldimit me një proces sinterimi", shpjegon Rheingans.
Kjo do të thotë se grimcat në zonën e kryqëzimit nuk shkrihen, por rriten së bashku në grimca dhe kokrriza më të mëdha me anë të difuzionit, duke reduktuar kështu energjinë e tyre sipërfaqësore.
Difuzioni, pra lëvizja e atomeve individuale, është shumë e shpejtë në sipërfaqe dhe ndërfaqe.
Meqenëse nanogrimcat kanë një sipërfaqe jashtëzakonisht të madhe në raport me vëllimin e tyre, sinterizimi është veçanërisht i theksuar në shkallë nano dhe mund të shfrytëzohet edhe në temperatura relativisht të ulëta.
Në rastin e nanogrimcave shumë të vogla ose nanoshtresave të holla, sasia e atomeve të sipërfaqes “të lëngshme”, të cilat lëvizin lehtësisht, bëhet aq e madhe sa që pika e shkrirjes mund të bjerë disa qindra gradë nën pikën e shkrirjes së materialit të ngurtë.
Studiuesit e quajnë këtë efekt MPD (Depresioni i Pikës së Shkrirjes) dhe e përdorin atë për të zhvilluar procese inovative dhe efikase të bashkimit.

Mbështetje "Monstrel" për kërkime mbi materialet kuantike

Gara vazhdon, duke luftuar oksidimin e metaleve më të lira të bakrit dhe nikelit

"Ne po punojmë në nanoforma me shumë komponentë për të optimizuar vetitë e përbërjes së bashkimit dhe për të hapur zona të reja aplikimi", shpjegon Rheingans.
"Për shembull, ne po studiojmë kombinimet e nanopastave të bakrit dhe nikelit".
Këto metale janë më pak të kushtueshme se argjendi dhe kanë veti elektrike dhe termike shumë interesante, por duke qenë metale më pak fisnike ato oksidohen shumë më lehtë. Kjo duhet të shmanget në procesin e bashkimit.
“Kështu që ne i vendosim nanogrimcat në një pastë me adjuvantë organikë të cilët avullojnë gjatë procesit të bashkimit dhe reduktojnë oksidin në sipërfaqen e grimcave. Ose i mbulojmë grimcat me një shtresë mbrojtëse”, shpjegon studiuesi i EMPA.
Duke përdorur metoda të veçanta analitike si Difraksioni me rreze X (XRD) ose spektroskopia fotoelektronike me rreze X (XPS), studiuesit mund të testojnë nëse metoda e supozuar për mbrojtjen e nanogrimcave funksionon siç pritej.
Por inovacioni është gjithashtu i mundur me nano pastën e mirënjohur të argjendit: "Në një projekt kërkimor të EMPA për zhvillimin e membranave okside për mikroelektronikën, ne ishim në gjendje të mbështesim në mënyrë efektive kolegët tanë me njohuritë tona."
“Duke përdorur nanopastë, ne ishim në gjendje të transferonim membranat ultra të hollë në një nënshtresë mbajtëse pa shkaktuar ndonjë dëmtim”thotë Rheingans.
Kjo metodë mund të zbatohet edhe për materiale të tjera 2D.

Çipi mjekësor që së shpejti do të zëvendësojë testet e kafshëve është zviceran

Një furrë në shkallë nano, falë fletëve reaktive si një burim lokal nxehtësie

Për komponentët veçanërisht të ndjeshëm ndaj temperaturës, studiuesit kanë një metodë tjetër nano-bashkimi që ata po e zhvillojnë vazhdimisht: të ashtuquajturin kryqëzim reaktiv.
Në këtë proces, fletët reaktive zëvendësojnë furrën e saldimit si burim lokal i nxehtësisë.
Petët përbëhen nga një numër i madh nanolivesh individuale, si nikeli ose alumini.
Kur këto nano-shtresa vihen në zjarr, nikeli dhe alumini reagojnë dhe formojnë një përbërje të re kimike.
Ata e bëjnë këtë duke lëshuar një sasi të madhe nxehtësie e cila drejton procesin dhe e bën atë të udhëtojë me shpejtësi deri në 50 metra në sekondë në të gjithë fletën.
Vetëm trashësitë e shtresave në rangun e nanometrit lejojnë një reagim kaq të shpejtë dhe vetëpërjetues.
Në nivel lokal mund të arrihen temperatura deri në 1000 gradë Celsius, por falë trashësisë së ulët të fletës reaktive, sasia totale e nxehtësisë mbetet e vogël dhe e kufizuar në shtresat ngjitur të saldimit.
Në këtë mënyrë, elementët elektronikë të ndjeshëm mund të ngjiten butësisht dhe në mënyrë të sigurt në ngrohëset e bakrit.

Detektorë infra të kuqe në miniaturë për integrim në çip

Një rikthim për lidhjet e bakrit, argjendit, argjend-bakër ose alumin-silikon

Vitet e fundit, një vëmendje e rëndësishme i është kushtuar zhvillimit të sistemeve me nanoshtresa duke filluar nga metalet/aliazhet klasike mbushëse për brumosje, si bakri, argjendi, argjend-bakër ose alumin-silicon.
“Falë uljes së pikës së shkrirjes dhe difuzionit të shpejtë në nanoshkallë, këto materiale lidhëse ofrojnë mundësinë për të kryer proceset e bashkimit shumë më shpejt dhe në temperatura dukshëm më të ulëta sesa teknikat konvencionale të brumosjes”., shpjegon sërish Janczak-Rusch.
Nanoshtresat mund të përdoren gjithashtu në pika të tjera në procesin e bashkimit.

Përshpejtim në Zvicër kundër krimit kibernetik

Nanoshtresa për të luftuar akumulimin e nxehtësisë, provuar në misionin JUICE të ESA

Me projektin e miratuar së fundmi nga Agjencia Udhëheqëse SNF-NCN "Zhvillimi i kompoziteve Cu-Mo me nënmikro dhe nanostrukturë me veti të përshtatura për menaxhimin termik", ekipi i Advanced Joining Technologies po trajton çështjen djegëse të shpërndarjes së nxehtësisë në komponentët elektronikë të miniaturës.
Vetitë interesante të përbërjeve bakër-molibden janë përdorur tashmë në projektimin e një burimi jonesh për misionin JUICE tëAgjensia Evropiane e Hapësirës", pohon ai Hans Rudolf Elsener, studiues iEMPA e specializuar në misionet hapësinore.
Së bashku me studiuesit polakë, potenciali i sistemeve me shumë shtresa me nanostrukturë Cu-Mo si izolues termik tani do të hetohet në mënyrë specifike dhe do të zhvillohen procese të përshtatshme bashkimi për integrimin e tyre.

Një mjedër silikoni për t'i mësuar robotët se si t'i zgjedhin ato