Skoltech-Forscher können mit 3D-Druck Polymer Mikrochips verbessern

Ein Forschungsteam von Skoltech hat die Eigenschaften eines für den 3D-Druck verwendeten Polymers verbessert. Durch die Zugabe von Bornitrid-“Flocken” zu dem Fotopolymer gelang es den Wissenschaftler*innen, die Wärmeleitfähigkeit des Materials zu verdoppeln. Dies könnte verhindern, dass mit dem Polymer eingekapselte Mikrochips überhitzen, und somit kleinere und leistungsfähigere mikroelektronische Geräte ermöglichen. Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Polymers veröffentlicht.

“Die von uns entwickelte Drucktechnologie ist ein Schritt in Richtung einer Verschmelzung von Mikroelektronik und additiver Technologie”, kommentierte der Mitautor der Studie, Assistenzprofessor Stanislav Evlashin von Skoltech Materials. “Während sich frühere Forschungen auf das Drucken von leitfähigen Kontakten für flexible Elektronik konzentrierten, haben wir uns vorgenommen, die Eigenschaften von Polymeren zu verbessern, die für die Verpackung von Mikrochips geeignet sind, d. h. für die Herstellung der Außenkapsel eines Mikrochips.

Je kleiner die Elektronik wird, desto akuter wird das Problem der Überhitzung. Wenn sie auf ein kleineres Volumen gepresst wird, führt die gleiche Menge an Energie zu einer schnelleren Überhitzung und zum Ausfall des Geräts. Um dieses Problem zu lösen, müssen Materialien mit besserer Wärmeleitfähigkeit verwendet werden.

Die Chips selbst bestehen aus Silizium, das die Wärme gut leitet, aber die Kapsel, in der das Gerät untergebracht ist, könnte aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit die Wärmeübertragung behindern. Das Material, das für diese äußere Verpackung bei Geräten mit komplexer Form verwendet wird, ist Photopolymer – eine Paste, die sich verfestigt, wenn sie in einem 3D-Drucker der Strahlung ausgesetzt wird. Dieses Fotopolymer ist das Material, dessen Eigenschaften in der Skoltech-Studie verbessert wurden.

“Die wünschenswerten Eigenschaften für dieses Photopolymer, um für die Verpackung von Mikrochips geeignet zu sein, sind, dass es Wärme gut leitet, aber keine Elektrizität”, erklärt Daniil Chernodubov, Forscher bei Skoltech Materials und Mitautor der Studie. “Wir sind sogar so weit gegangen, die Wärmeleitfähigkeit des Materials zu verdoppeln, ohne seine isolierenden Eigenschaften oder mechanische Festigkeit zu beeinträchtigen. Um dies zu erreichen, füllten wir das Polymer mit einer anderen Verbindung, dem Bornitrid, in Form von Flocken in einer Menge von 20 Volumenprozent.

“Die eigentliche Technik, die wir für den Druck verwendet haben, ist als digitale Lichtpolymerisation bekannt”, fügte Evlashin hinzu. “Sie hat eine hohe Auflösung und eignet sich für die Verpackung von Geräten mit komplexen Formen. Es kann auch verwendet werden, um die Kapsel direkt auf einen Siliziumchip zu drucken. Die verbesserte Wärmeleitfähigkeit des Polymers wird die Stabilität und Integrität der elektronischen Komponenten gewährleisten und es ihnen ermöglichen, bei höheren Betriebseigenschaften zu arbeiten.”