باحثون يطورون تقنية لتقليل استهلاك الطاقة وتصغير حجم الأجهزة الإلكترونية
طور باحثون من جامعة أوساكا اليابانية تقنية جديدة قد تحدث نقلة في الأجهزة الإلكترونية من حيث توفيرها للطاقة وتصغير أحجامها.
وتقوم الطريقة الجديدة على مبدأ الربط ثلاثي الأبعاد بين أقطاب النحاس باستخدام الفضة، ما يفيد في تقليل التكلفة واستهلاك الطاقة في الأجهزة الإلكترونية، ويفسح المجال أمام تطوير جيل جديد من الأجهزة الذكية الأصغر حجمًا، والأقل استهلاكًا للطاقة الكهربائية.
وتتزايد أهمية دارات التوصيل ثلاثية الأبعاد حاليًا في الأجهزة الإلكترونية، إذ تتميز بتقليلها للمساحة والمادة المستخدمتين في تقاطعات الأسلاك مقارنة بالدارات التقليدية ثنائية الأبعاد.
لكن تطوير الدارات ثلاثية الأبعاد يحتاج التوصل إلى أساليب جديدة للتوصيل؛ ما دفع الفريق البحثي إلى ابتكار طريقة جديدة لربط أقطاب النحاس بشكل مباشر من خلال استخدام طبقات من الفضة.
وقال مؤلف الدراسة، الباحث زينغزانغ: ”يمكن تطبيق الطريقة الجديدة في ظروف اعتيادية؛ مثل الحرارة المنخفضة نسبيًا، ودون إضافة ضغط خارجي“.
وأوضح زانغ: ”استطاعت الوصلات الجديدة تحمل ألف دورة من الصدمات الحرارية المتدرجة بين 55 درجة تحت الصفر، و125 درجة مئوية“؛ وفقًا لموقع يوريكاآليرت.
وتعتمد الطريقة الجديدة على نثر الفضة فوق أقطاب النحاس في حرارة الغرفة، ثم تطبيق الحرارة من أجل تشكيل طبقات من الفضة، من خلال تغيرات ميكروسكوبية تدعى انتقال الضغط، الذي يسمح بتقسية السطح، ومن ثم ضمان تشكيل مساحة فعالة وكافية بين طبقتي الفضة.
وفي النهاية يكون الترابط قد حصل دون تطبيق ضغط خارجي، وإنما في الضغط الجوي، وباستخدام حرارة معتدلة بمقدار 180 درجة مئوية.
وللتأكد من جدوى التقنية الجديدة، اختبر الباحثون مدى قساوة الأسطح بعد نثر الفضة وإذابتها فوق أقطاب النحاس.
واستخدم الباحثون صورًا من تقنية التصوير المجهري الإلكتروني والتصوير المجهري للقوى الذرية.
واستطاع الباحثون بذلك تشكيل وصلات إلكترونية دائمة بأبعاد 20 مايكرومتر خلال فترة زمنية قصيرة نسبيًا، لا تتجاوز 10 دقائق فقط.
وقال المؤلف الرئيس للدراسة، الباحث كاتسواكيسوغانوما: ”قد تمكننا التقنية الجديدة من صناعة رقائق إلكترونية عالية الكثافة ومعقدة التوصيل، وبأشكال متطورة ثلاثية الأبعاد“.
وتقوم الطريقة الجديدة على مبدأ الربط ثلاثي الأبعاد بين أقطاب النحاس باستخدام الفضة، ما يفيد في تقليل التكلفة واستهلاك الطاقة في الأجهزة الإلكترونية، ويفسح المجال أمام تطوير جيل جديد من الأجهزة الذكية الأصغر حجمًا، والأقل استهلاكًا للطاقة الكهربائية.
وتتزايد أهمية دارات التوصيل ثلاثية الأبعاد حاليًا في الأجهزة الإلكترونية، إذ تتميز بتقليلها للمساحة والمادة المستخدمتين في تقاطعات الأسلاك مقارنة بالدارات التقليدية ثنائية الأبعاد.
لكن تطوير الدارات ثلاثية الأبعاد يحتاج التوصل إلى أساليب جديدة للتوصيل؛ ما دفع الفريق البحثي إلى ابتكار طريقة جديدة لربط أقطاب النحاس بشكل مباشر من خلال استخدام طبقات من الفضة.
وقال مؤلف الدراسة، الباحث زينغزانغ: ”يمكن تطبيق الطريقة الجديدة في ظروف اعتيادية؛ مثل الحرارة المنخفضة نسبيًا، ودون إضافة ضغط خارجي“.
وأوضح زانغ: ”استطاعت الوصلات الجديدة تحمل ألف دورة من الصدمات الحرارية المتدرجة بين 55 درجة تحت الصفر، و125 درجة مئوية“؛ وفقًا لموقع يوريكاآليرت.
وتعتمد الطريقة الجديدة على نثر الفضة فوق أقطاب النحاس في حرارة الغرفة، ثم تطبيق الحرارة من أجل تشكيل طبقات من الفضة، من خلال تغيرات ميكروسكوبية تدعى انتقال الضغط، الذي يسمح بتقسية السطح، ومن ثم ضمان تشكيل مساحة فعالة وكافية بين طبقتي الفضة.
وفي النهاية يكون الترابط قد حصل دون تطبيق ضغط خارجي، وإنما في الضغط الجوي، وباستخدام حرارة معتدلة بمقدار 180 درجة مئوية.
وللتأكد من جدوى التقنية الجديدة، اختبر الباحثون مدى قساوة الأسطح بعد نثر الفضة وإذابتها فوق أقطاب النحاس.
واستخدم الباحثون صورًا من تقنية التصوير المجهري الإلكتروني والتصوير المجهري للقوى الذرية.
واستطاع الباحثون بذلك تشكيل وصلات إلكترونية دائمة بأبعاد 20 مايكرومتر خلال فترة زمنية قصيرة نسبيًا، لا تتجاوز 10 دقائق فقط.
وقال المؤلف الرئيس للدراسة، الباحث كاتسواكيسوغانوما: ”قد تمكننا التقنية الجديدة من صناعة رقائق إلكترونية عالية الكثافة ومعقدة التوصيل، وبأشكال متطورة ثلاثية الأبعاد“.
