Anonim

Krympende integrerte kretser er en stor avtale for mikroelektronikk

Elektronikk

Darren Quick

16. juli 2010

2 bilder

Min-Feng Yu, professor i maskinvitenskap og ingeniørfag, har utviklet en ny tilnærming til produksjon av metallforbindelser (Bilde: L. Brian Stauffer)

Miniaturiseringen av elektronikk har sett at ledningen av tilkoblinger mellom sjetonger og kretskort blir en betydelig hindring. Slike koblinger er tradisjonelt laget av prefabrikerte metallledninger som forbinder til en utpekt bindingspute på en brikke. Imidlertid er mange mikroelektroniske enheter mye mindre enn det nødvendige 50-til-50 mikron firkantede bindingsstedet, som forbyder integrerte funksjoner i svært liten skala. Ingeniører ved University of Illinois har nå utviklet en roman direkte skrivemetode for produksjon av metallforbindelser som kan ytterligere krympe integrerte kretser og utvide mikroelektronikk.

"Integrerte funksjoner krever mange ledningsforbindelser. Det er kjedelig og tidkrevende å lage og øke kostnadene, "sa Min-Feng Yu, professor i maskinvitenskap og ingeniørfag i Illinois. "Det er ingen eksisterende kostnadseffektiv teknologi som gjør at du kan binde mikrostrukturer, så la oss bli kvitt disse ledningene, og i stedet hvorfor ikke produsere dem direkte på stedet mellom tilkoblingspunktene?"

Og det er akkurat hva Yu og studenten Jie Hu har gjort ved å utvikle en direkte skriveteknikk som produserer små, rene metallledninger som er mye mindre i diameter enn tradisjonelle ledninger og krever to størrelsesordener mindre bindingsområde. I et papir som vises i den 16. juli utgaven av Science, demonstrerer de så mange som 20 av deres nye ledninger bundet til et enkelt standardbindingsted.

"Denne teknikken betyr at padsene kan være mye mindre enn det som trengs for tradisjonell wire-bonding-teknologi, " sa Yu. Denne reduksjonen i området kan tillate produsenter å produsere flere chips per wafer av halvledermateriale. Det kan også muliggjøre mer komplekse integrerte funksjoner i mikroelektronikk.

Paret har vist sin teknikk med både kobber- og platinatråder, og planlegger å utforske teknikken med andre metaller.

Skrive ledninger i 3D-plass

Yu ligner sin teknikk for å skrive med en fontenepenn. "Folks tankegang er at du tegner en linje på en overflate, men hva vi gjør er å skrive til 3-D plass, " sa han.

Duoen lastet en mikropipette - en enhet som disponerer små mengder væske - med en kobberelektrolyttløsning. Når pipetten kommer i nær kontakt med overflaten, dannes en væskebro mellom pipettespissen og bindingsplaten. Forskerne bruker deretter en elektrisk strøm, noe som fører til at koperen i løsningen legges som solid metall. Når spissen beveger seg gjennom rommet, fortsetter kobberet fra løsningen i pipetten, som blekk fra en penn, og skaper en ledning. Utfordringen for Yu og Hu var å beregne riktig hastighet for å flytte pipettespissen for å opprettholde væskebroen mellom dysen og vekstledningen.

"Det er flytende, så det kan lett formes, " sa Yu. "Så lenge du opprettholder din hastighet innenfor et bestemt område, vil du alltid kunne produsere ensartede ledninger av høy kvalitet."

De måtte også finne ut hvordan man "skriver" ledningene lateralt for chip-to-chip-binding. Typiske mikropipettdyser er flate på enden, men for mye tilting bryter væskekontakten. Illinois-duoen fant at en hakkedyse, med en 90-graders kutt i siden, tillater lateral bevegelse, noe som betyr at ledningene kan bue fra ett bindingssted til et annet, selv om brikkene er stablet eller tiered.

Prosessen er automatisert, så Yu håper å utvikle arrays av mikropipetter for å produsere wireobligasjoner i bulk for mer effektiv produksjon.

"En fordel er at du kan gjøre dette parallelt, " sa han. "Istedenfor en dyse, anta at du har 10, 20 eller 100 på samme tid. I ett trinn kan du lage tiere eller hundrevis av obligasjoner, og det er kostnadsbesparende. "

I tillegg til trådbindinger kan teknikken produsere et myriade av metallmikrostrukturer for forskjellige anvendelser.

"Evnen til å fremstille metalliske strukturer i 3-D kan åpne opp mange andre muligheter, " sa Yu. "Det har mange ønskelige egenskaper bortsett fra de elektriske. Du kan forestille deg strukturer som utnytter de forskjellige egenskapene til metall. "

Min-Feng Yu, professor i maskinvitenskap og ingeniørfag, har utviklet en ny tilnærming til produksjon av metallforbindelser (Bilde: L. Brian Stauffer)

Ved hjelp av en mikropipettmunnstykke kan forskerne lage små trådbindinger for å koble integrerte sjetonger ved hjelp av en direkte skriveteknikk (Bilde: L. Brian Stauffer)

Anbefalt Redaksjonens