紐約州立大學buffalo分校電子封裝實驗室正在為美國海軍開發(fā)新型的功率電子封裝，在一些極端苛刻的工作條件下（比如在軍艦和戰(zhàn)機上），它們能夠解決大電流密度、高溫和大的溫度梯度所引起的種種問題。這類功率電子封裝還有可能很快進入民用產品。

　　電子封裝實驗室主任cemal basaran解釋說：“作為我們?yōu)楹＼娞峁┑墓β孰娮臃庋b的一部分，我們正在設計和測試微米和納米級的電子封裝試驗飛行器，它可以在由大電流密度、大功率、高溫和不同的負載所帶來的極端苛刻條件下仍然保持很高的可靠性。我們對在非常小的尺寸下、以更為可靠的方式運行的大功率電子器件很感興趣�！�

　　電流密度和溫度梯度是basaran及buffalo分校的工程師們在開展該項研究時所面對的兩大挑戰(zhàn)。basaran說：“如果在高電流密度下材料的表現(xiàn)象預期的一樣，我們能夠將器件設計得更小，而且可以毫無困難地這樣做。然而，當器件的橫截面變得更小而使電流密度過大時，除了電子在導體中移動以外，移動的電子所產生的“電子風”（windforce）會快速增強并開始推動所有的金屬原子。然后原子開始隨電子一起運動，我們可以看到從固體的一端到另一端的質量遷移
。這樣的結果是陰極端出現(xiàn)空洞，而金屬原子則堆積在陽極端。很快，由于陰極端剩余的原子太少，電流密度變得非常大（也叫做電流擁擠），以致于金屬都被熔化了，從而使器件失效。

　　不幸的是，金屬在小尺寸下的表現(xiàn)并不理想，或者說不能很好地適應大電流密度的工作條件。

　　因此，basaran及其同事們在嘗試改進金屬的擴散性能以使它們能夠承受大電流密度——實質上是將金屬變成固溶體合金。basaran說：“我們使用不同的固溶體將它們合金化，從而能夠減緩擴散過程。這種方法能夠提高現(xiàn)有金屬技術在高溫材料焊接和開發(fā)更好的固溶體以抑制性能退化等方面的表現(xiàn)�！�

　　在金屬的性能已經達到理論極限的情況下，basaran等人將注意力轉向新一代的材料：碳納米管（如圖所示），這正是該實驗室的另一個研究前沿。basaran認為：“金屬的最大問題在于當有電流通過時就會產生焦耳熱，這在所有的電子設備中都會引起問題。如果某種解決方案能夠使電流通過系統(tǒng)而不產生熱，它將是最令人期待的，特別是對于軍用產品而言。在這方面，單壁碳納米管表現(xiàn)出其非常良好的材料潛質。初步的研究表明，單壁碳納米管能夠承載的電流密度比金屬大幾個數量級，而且可能產生的焦耳熱要比金屬小得多。這種方案不但擺脫了熱問題，而且也不再需要冷卻機制�！�

　　basaran介紹說他們在碳納米管方面的工作還處于預研階段，目前正在進行分子動力模擬和大電流密度測試，以確定碳納米管在不同的電壓和功率條件下的表現(xiàn)是否相同。

　　我們離功率電子技術的實際應用還有多遠？basaran認為我們有可能在10年內看到完全基于碳納米管的功率電子器件。或者在5年內將出現(xiàn)體積只是現(xiàn)有器件十分之一的功率電子器件。

　　雖然buffalo分校的功率電子研究是由海軍資助的，但它也具有廣泛的民品應用前景。basaran說：“我看不出有任何不將這項技術民品化的理由。使用半導體功率器件的最大好處是能夠顯著地節(jié)約能源，這與模擬開關不同，每次打開或關閉電源時都會造成大量的功耗損失。假如我們將全美家庭中的所有開關都替換成海軍想要開發(fā)的器件，那么節(jié)約的能源將非�？捎^——超過十億美元。而且借助于硅基vlsi，我們甚至可以通過中央電腦或pda來控制想要的光或熱的總量�！�