Chargement plus rapide avec les diamants : les nanomembranes de diamant rendent les appareils électroniques 10 fois plus froids et 5 fois plus rapides à charger

Chargement plus rapide avec les diamants : les nanomembranes de diamant rendent les appareils électroniques 10 fois plus froids et 5 fois plus rapides à charger
Table
  1. Le défi thermique en électronique de puissance
  2. Innover avec les diamants
  3. Remplacement de la couche isolante intermédiaire
  4. Processus de production et applications futures


L’industrie de l’électronique de puissance connaît une avancée révolutionnaire grâce à l’utilisation de diamants pour améliorer l’efficacité et la vitesse de charge des appareils électroniques, en particulier des véhicules électriques. Cet article explore comment les chercheurs de Fraunhofer USA, une filiale internationale indépendante de la Fraunhofer-Gesellschaft, mènent ce changement avec le développement de nanomembranes en diamant synthétique.

Le défi thermique en électronique de puissance

L'électronique de haute puissance, comme celle que l'on trouve dans les processeurs, les lasers à semi-conducteurs et les véhicules électriques, est confrontée à un défi de taille en raison de la densité de puissance qu'elle gère. Cette densité entraîne une génération de chaleur qui, si elle n'est pas gérée correctement, peut réduire les performances et la durée de vie des composants. Traditionnellement, des dissipateurs thermiques en cuivre ou en aluminium sont utilisés pour augmenter la surface d'émission de chaleur des composants et éviter les dommages dus à la surchauffe. Cependant, la conductivité thermique de ces matériaux est inférieure à celle du diamant.

Innover avec les diamants

Le diamant est connu pour sa conductivité thermique exceptionnelle, étant quatre à cinq fois supérieure à celle du cuivre. Cette propriété en fait un matériau idéal pour refroidir l’électronique de puissance. Des scientifiques de Fraunhofer USA Inc., du Midwest CMW Center à East Lansing, dans le Michigan, ont développé des nanomembranes de diamant synthétique plus fines qu'un cheveu humain. Ces membranes flexibles peuvent être intégrées directement dans les composants électroniques pour refroidir l’électronique de puissance des véhicules électriques, améliorant ainsi l’efficacité énergétique, la durée de vie et les performances sur route des voitures électriques. De plus, dans les infrastructures de recharge, les membranes en diamant contribuent à des vitesses de recharge jusqu’à cinq fois plus élevées.

Remplacement de la couche isolante intermédiaire

Généralement, une couche de cuivre sous le composant améliore le flux thermique. Cependant, entre le cuivre et le composant se trouve une couche isolante d'oxyde ou de nitrure à faible conductivité thermique. L'innovation proposée par le Dr Matthias Mühle, responsable du groupe Diamond Technologies au Fraunhofer USA Center Midwest CMW, consiste à remplacer cette couche intermédiaire par une nanomembrane en diamant. Cette membrane est non seulement extrêmement efficace pour transférer la chaleur au cuivre, mais peut également être transformée en chemins conducteurs, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités dans la conception de composants électroniques.

Processus de production et applications futures

La nanomembrane est cultivée sur un substrat de silicium séparé, pelée, retournée et l'arrière de la couche de diamant est gravé pour créer une membrane lisse et autonome ayant la capacité d'adhérer à basse température aux composants électroniques. Ce procédé facilite non seulement son intégration dans les systèmes existants mais permet également sa production à l'échelle d'une plaquette, adaptée aux applications industrielles. Un brevet a déjà été déposé pour ce développement et des tests d'application dans des domaines tels que le transport électrique et les télécommunications sont attendus cette année.

Cette avancée représente non seulement un saut qualitatif dans la gestion de la chaleur dans l’électronique de puissance, mais met également en évidence le potentiel des matériaux avancés pour dépasser les limites de la technologie actuelle. Avec la promesse de véhicules électriques plus efficaces et de temps de recharge réduits, l’innovation diamantée ouvre la voie à un avenir de haute technologie plus durable.

Via Chargement plus rapide avec des diamants (fraunhofer.de)

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