Samonaprawiające się ścieżki elektroniczne

Pracownicy Uniwersytetu z Illinois opracowali technologię samonaprawiających się ścieżek w układach elektronicznych. Dzięki temu będą one odporniejsze na naprężenia, które prowadzą do mikropęknięć ścieżek łączących poszczególne podzespoły, a w efekcie do utraty przewodnictwa i uszkodzenia układu.

Coraz bardziej skomplikowane układy elektroniczne wymuszają stosowanie coraz większej liczby ścieżek, które służą do komunikacji. Ścieżki są coraz mniejsze i coraz bardziej podatne na uszkodzenia. Drugim nie mniej istotnym problemem są uszkodzenia mechaniczne, które pojawiają się jako pęknięcia ścieżek.

Przerwa blokuje przepływ ładunku, a w efekcie prowadzi do uszkodzenia urządzenia. Ze względu na niewielką skalę tych uszkodzeń, a także trudność w wykryciu miejsca gdzie uszkodzenie nastąpiło, naprawianie elektroniki nie jest brane pod uwagę. Po prostu zastępuje się ją nową.

Takie podejście do problemu jest bardzo powszechne w przypadku zintegrowanej elektroniki czy baterii, gdzie dostęp do wnętrza jest w zasadzie niemożliwy. A skoro i tak ludzie wymieniają elektronikę, to przy okazji wprowadza się nowe modele. W przypadku zastosowań konsumenckich (różnorodne gadżety) wymiana elektroniki odbija się więc na kieszeni użytkownika, ale na szczęście nie jest trudna. Gorzej jeśli problem dotyczy na przykład urządzeń wysyłanych w Kosmos lub stosowanych w zastosowaniach militarnych.

Zapewnienie niezawodności przede wszystkim takim urządzeniom przyświecało pracownikom Uniwersytetu z Illinois. Opracowali oni technologię, która pozwala w mgnieniu oka na wyeliminowanie przerw w ścieżce w przypadku jej pęknięcia w wyniku naprężenia płytki drukowanej. Postanowili oni pokryć złote ścieżki stosowane w układach scalonych materiałem zawierającym niewielkie mikrokapsułki (średnicy około 10 mikrometrów). Wewnątrz nich znajduje się ciekły metal (mieszanina galu i indu), który w przypadku uszkodzenia ścieżki wycieka z kapsułek i szybko uzupełnia mikropęknięcia.

Eksperymenty pokazały, że w 90% przypadków udało się przywrócić 99% pierwotnej sprawności uszkodzonym układom elektronicznym. To bardzo dobry rezultat, zwłaszcza że proces samonaprawiania nie wymaga żadnej interwencji. Naprawa następuje także bardzo szybko (około 100 mikrosekund), przez co ewentualne uszkodzenia mogą dla użytkownika być całkowicie niezauważalne.

Scott White opowiada o wynalazku

Stosowanie samonaprawiających się ścieżek ma wiele zalet. Przede wszystkim zmniejsza nakłady na serwisowanie w przypadku uszkodzenia. Wykrycie miejsc mikropęknięć przy bardzo zintegrowanej elektronice może być bardzo trudne. Kolejna zaletą jest zmniejszenie kosztów i eliminacja potrzeby wymiany urządzeń, a to korzyść również dla zwykłych konsumentów.

Ciekawe jednak jak na ten ostatni argument zapatrują się producenci elektroniki? Zdaniem tworców samonaprawiających się ścieżek, firmy elektroniczne nie będą unikały stosowania takich rozwiązań, gdyż każdy kto zrezygnuje z innowacyjności będzie odstawał od czołówki. Życiowa praktyka zmusza nas jednak do umiarkowanego optymizmu.
 

Więcej o rozwiązaniach pchających technologie naprzód:

• Chłodzenie procesorów znacznie lepsze dzięki nanowstążkom
• Imponujący robot Nao Next Gen - co z niego wyrośnie?
• Tranzystory SuVolta potrzebują 80% mniej energii
• Roboden: kabel zasilania i USB rozciąga się jak guma
• Sól kuchenna pozwala uzyskać 5 TB na jednym talerzu HDD

Źródło: University of Illinois, BBC