Sirkuit terpadu yang mengecilkan masalah besar bagi mikroelektronika

Elektronik

Darren Quick

16 Juli 2010

2 gambar

Min-Feng Yu, seorang profesor ilmu mekanik dan teknik, telah mengembangkan pendekatan baru untuk pembuatan interkoneksi logam (Gambar: L. Brian Stauffer)

Miniaturisasi elektronik telah melihat hubungan kabel antara chip dan papan sirkuit menjadi kendala substansial. Koneksi semacam itu secara tradisional terbuat dari kawat logam pra-fabrikasi yang terhubung ke bantalan pengikat yang ditentukan pada sebuah chip. Akan tetapi, banyak perangkat mikroelektronik jauh lebih kecil daripada yang dibutuhkan 50-by-50 mikron square bonding site, melarang fungsi terintegrasi dalam skala yang sangat kecil. Insinyur di University of Illinois kini telah mengembangkan metode penulisan langsung baru untuk pembuatan interkoneksi logam yang selanjutnya dapat mengecilkan sirkuit terpadu dan memperluas mikroelektronika.

“Fungsi yang terintegrasi membutuhkan banyak koneksi kawat. Ini membosankan dan memakan waktu untuk membuat dan meningkatkan biaya, ”kata Min-Feng Yu, seorang profesor ilmu mekanik dan teknik di Illinois. "Tidak ada teknologi hemat biaya yang ada yang memungkinkan Anda untuk mengikat mikro-struktur kabel, jadi mari kita singkirkan kabel-kabel itu, dan sebagai gantinya, mengapa tidak secara langsung menghasilkan mereka di tempat di antara titik-titik sambungan?"

Dan itu hanya apa yang Yu dan mahasiswa pascasarjana, Jie Hu, lakukan dengan mengembangkan teknik tulis langsung yang menghasilkan kawat logam murni kecil berdiameter lebih kecil daripada kabel tradisional dan membutuhkan dua orde dari daerah ikatan kurang besar. Dalam sebuah makalah yang muncul dalam edisi 16 Juli Science, mereka menunjukkan sebanyak 20 kabel baru mereka terikat ke situs ikatan standar tunggal.

"Teknik ini berarti bantalan bisa jauh lebih kecil dari apa yang dibutuhkan untuk teknologi kawat-ikatan tradisional, " kata Yu. Pengurangan ini di daerah dapat memungkinkan produsen untuk menghasilkan lebih banyak chip per wafer dari bahan semikonduktor. Itu juga bisa mengaktifkan fungsi terintegrasi yang lebih kompleks dalam mikroelektronik.

Pasangan ini telah menunjukkan teknik mereka dengan kawat tembaga dan platinum, dan berencana untuk mengeksplorasi teknik dengan logam lain.

Menulis kabel dalam ruang 3D

Yu mengibaratkan teknik mereka untuk menulis dengan pulpen. "Pola pikir orang-orang adalah Anda menggambar garis di permukaan, tetapi apa yang kita lakukan adalah menulis ke ruang 3-D, " katanya.

Duo ini memuat mikropipet - alat yang membagi-bagikan sejumlah kecil cairan - dengan larutan elektrolit tembaga. Ketika pipet bersentuhan langsung dengan permukaan, jembatan cair terbentuk di antara ujung pipet dan bantalan pengikat. Para peneliti kemudian menerapkan arus listrik, yang menyebabkan tembaga dalam larutan untuk disimpan sebagai logam padat. Ketika ujungnya bergerak melalui ruang, tembaga terus menyimpan dari larutan dalam pipet, seperti tinta dari pena, menciptakan kawat. Tantangan bagi Yu dan Hu adalah menghitung kecepatan yang tepat untuk memindahkan ujung pipet untuk mempertahankan jembatan cair antara nosel dan kawat yang sedang tumbuh.

"Ini cair, sehingga mudah dibentuk, " kata Yu. "Selama Anda mempertahankan kecepatan Anda dalam jarak tertentu, Anda akan selalu dapat menghasilkan kabel berkualitas tinggi yang seragam."

Mereka juga harus mencari cara untuk "menulis" kabel secara lateral untuk ikatan chip-ke-chip. Nozel mikropipet tipikal datar di ujungnya, tetapi terlalu banyak tilting merusak kontak cairan. Duo Illinois menemukan bahwa nosel berlekuk, dengan potongan 90 derajat di samping, memungkinkan gerakan lateral, yang berarti bahwa kabel dapat melengkung dari satu situs ikatan ke yang lain, bahkan jika chip ditumpuk atau berjenjang.

Proses ini otomatis, sehingga Yu berharap dapat mengembangkan array mikropipet untuk menghasilkan obligasi kawat dalam jumlah besar untuk pembuatan yang lebih efisien.

"Keuntungannya adalah Anda bisa melakukan ini secara paralel, " katanya. “Daripada satu nosel, misalkan Anda memiliki 10, 20, atau 100 yang bekerja secara bersamaan. Dalam satu langkah, Anda dapat membuat puluhan atau ratusan obligasi, dan itu menghemat biaya. ”

Selain ikatan kawat, teknik ini dapat menghasilkan berbagai mikrostruktur logam untuk berbagai aplikasi.

"Kemampuan untuk membuat struktur logam dalam 3-D dapat membuka banyak peluang lain, " kata Yu. “Ini memiliki banyak properti yang diinginkan selain dari yang listrik. Anda bisa membayangkan struktur yang memanfaatkan sifat-sifat logam yang berbeda. ”

Min-Feng Yu, seorang profesor ilmu mekanik dan teknik, telah mengembangkan pendekatan baru untuk pembuatan interkoneksi logam (Gambar: L. Brian Stauffer)

Menggunakan nosel mikropipet, para peneliti dapat membuat ikatan kawat kecil untuk menghubungkan chip terintegrasi menggunakan teknik tulis langsung (Gambar: L. Brian Stauffer)

Direkomendasikan Pilihan Editor