Служба новостей IDG, Токио

Крошечные трубки могут прийти на смену металлическим радиаторам усилителей базовых станций сотовой телефонии следующего поколения

Представители Fujitsu Laboratories сообщили об успехах, которых им удалось добиться при использовании углеродных нанотрубок в качестве средства теплоотвода для полупроводниковых микросхем. Крошечные трубки в перспективе могут прийти на смену металлическим радиаторам усилителей базовых станций сотовой телефонии следующего поколения. Аналогичная технология со временем, возможно, найдет применение и в наиболее распространенных больших интегральных схемах или процессорных чипах.

Углеродные нанотрубки представляют собой полые цилиндры, образованные атомами углерода.

Углеродные нанотрубки представляют собой полые цилиндры, образованные атомами углерода. Их диаметр не превышает нескольких нанометров. С тех пор как они были открыты в 1991 году, они являются предметом многочисленных исследований, поскольку обладают весьма привлекательными для многих приложений свойствами: по углеродным нанотрубкам можно передавать большой ток, их электрическое сопротивление по сравнению с медными проводниками очень мало, а в сравнении с алмазами они обладают низким термическим сопротивлением.

По словам научного сотрудника исследовательского центра нанотехнологий Fujitsu Laboratories Юджи Авано, последние два свойства для применения в качестве средства теплоотвода имеют решающее значение.

Нынешние мощные усилители базовых станций сотовой телефонной связи построены на основе транзисторов, смонтированных на металлических блоках, которые служат для отвода лишнего тепла. При такой компоновке транзисторы располагаются над платой, а следовательно они должны подключаться к плате с помощью кабельного соединения, но это приводит к росту индуктивности и снижает мощность усилителя. Новые сотовые телефонные системы работают на увеличенной частоте и им нужен более высокий коэффициент усиления, поэтому кабель может стать узким местом.

Возможное решение заключается в том, чтобы перевернуть микросхему и соединить транзисторы с маленькими металлическими контактами на печатной плате. Это позволит конструкторам избавиться от кабеля, но подобная компоновка не слишком удачна с точки зрения отвода тепла.

Для того чтобы преодолеть трудности, связанные с ростом индуктивности и с выделением тепла, инженеры Fujitsu предложили использовать углеродные нанотрубки, которые обладают хорошими характеристиками и с точки зрения электропроводности, и с позиций теплоотвода.

Из углеродных нанотрубок можно выстраивать достаточно точные конструкции, и инженеры Fujitsu спроектировали шаблон, соответствующий схеме размещения транзисторов. Шаблон включает в себя группы нанотрубок, называемые «контактными площадками», которые в поперечнике имеют около 10 микрон, а в высоту не более 15 микрон.

В результате по сравнению с традиционным усилителем с кабельными соединениями, работающим на частоте более 3 ГГц, получается выигрыш примерно в 2 децибела, причем здесь можно добиться еще более значительной оптимизации.

Специалисты Fujitsu намерены продолжить работу над созданной ими системой с целью улучшения ее производительности и других характеристик. Есть надежда, что уже в ближайшие три года она найдет практическое применение, в частности, в усилителях базовых станций сотовой связи.

По словам Авано, технологию можно использовать и в качестве механизма теплоотвода в других устройствах, в том числе в мощных микросхемах типа больших интегрированных схем или компьютерных процессоров. Подобным микросхемам часто требуются системы теплоотвода больших размеров, а углеродные нанотрубки представляют собой технологию, которая в перспективе может претендовать на роль такого механизма.

Подробности реализации механизма теплоотвода на основе углеродных нанотрубок были представлены на конференции IEEE International Electron Devices Meeting, проходившей в конце декабря.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями