Geometriske mønstre stopper revner i glas – og mikrochips

Illustration: Aarhus Universitet

Der bliver kasseret rigtigt mange tynde skiver silicium, når halvlederindustrien fremstiller de mikrochips, der styrer alt det elektronik vi omgiver os med i hverdagen. For de tynde siliciumskiver opfører sig som sprødt, skrøbeligt glas, og derfor går der meget materiale til spilde, når de skal håndteres og limes sammen for at blive til funktionelle mikrochips – de knækker og revner simpelthen.

Nu kan ny viden fra en gruppe materialeforskere fra Institut ved Ingeniørvidenskab på Aarhus Universitet og University of Pennsylvania reducere materialespildet ved at skære særlige geometriske mønstre ned i siliciumskiver og plexiglas.

I en ny videnskabelig artikel, der publiceres i tidsskriftet Journal of the Mechanics and Physics of Solids viser de, hvordan man kan ændre et materiales mekaniske egenskaber, udelukkende ved at skære et geometrisk mønster ned i materialet, og helt uden at ændre den kemiske sammensætning af materialet.

Det betyder, at man på sigt kan gøre materialet lettere og mere fleksibelt, samtidig med, at det bliver mere robust og brudsikkert. Skæreteknikken skaber et såkaldt mekanisk metamateriale, hvor egenskaberne ved det originale materiale forandres udelukkende fordi geometriske struktur ændres omkring de forventede spændingssingulariteter. Derfor kan man sørge for, at bruddet sker designmæssigt eller efter behov. Det øger komponentens modstand mod revnedannelse og brud betragteligt.

Ved at justere på geometriske parametre kan man skræddersy egenskaberne som man ønsker.

Læs også: Dansker har udviklet verdens mest brudsikre glas

Materialet får altså sine egenskaber og særlige karakteristika fra den geometriske struktur og ikke udelukkende fra den kemiske sammensætning.

»Uden vores geometriske mønster opfører materialet sig som glas, hvor belastning vil resultere i en revne, som hurtigt vokser og ødelægger materialet. Vores geometriske mønster betyder, at belastningen spredes over et større område, hvilket resulterer i, at en revne vokser kontrolleret og langsommere. Dermed har vi kunnet øge den kritiske belastning, som materialet kan bære, samt dets tolerance mod revnevækst,« siger Simon Heide-Jørgensen, postdoc ved Institut for Ingeniørvidenskab Aarhus Universitet.

Læs også: Samfundets elektrificering presser effektelektronikken

Illustration: Aarhus Universitet

Spreder belastningen ud

Ideen til at skære særlige mønstre i glas opstod, da forskere fra University of Pensylvania undersøgte brudstyrken i de siliciummaterialer, der bruges til mikrochips, og hvordan den blev påvirket af snit i materialet.

»I projektet har vi testet et plexiglas-emne der i sin struktur minder om de siliciumskiver, man bruger til mikrochips. Ved at skære et særligt snit i materialet bliver plexiglasset mere fleksibel og mindre skrøbeligt. Effekten opstår, fordi vi kan sprede belastningen over et større område langs skæresnittene,« siger Simon Heide-Jørgensen.

Selv hvis der opstår en revne i materialet, så spreder revnen sig heller ikke som vi kender det fra glas. De aarhusianske materialeforskere nu går i gang med at undersøge, hvordan de forfiner metoden med andre geometriske strukturer.

Læs også: Diamanter – elektronikkens nye bedste ven

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten