Assemblaggio magnetico: una nuova opzione per l'integrazione 3D delicata?

6 ore fa p Robin Mitchell I ricercatori lavorano continuamente attorno alla legge di Moore, recentemente impilando i transistor in verticale per aumentare il conteggio dei transistor mantenendo le dimensioni fisiche del chip relativamente le stesse. Ma questo metodo diventa difficile quando i progettisti stanno lavorando con parti sensibili (ad esempio sensori miniaturizzati) che possono essere facilmente danneggiati con i metodi pick-and-place. Al contrario, gli attuali metodi senza contatto possono essere difficili da controllare per la produzione ad alto volume.
Un nuovo studio di ricerca mostra ai progettisti come potrebbero eludere queste insidie ​​nella costruzione di semiconduttori verticali, usando i campi magnetici. I ricercatori del KTH Royal Institute of Technology in Svezia hanno scoperto una potenziale soluzione per "passare al 3D". Questi ingegneri hanno creato con successo dispositivi in ​​silicio 3D senza la necessità di far crescere strati epitassiali sopra dispositivi in ​​silicio.
La soluzione è un design a più fasi che utilizza campi magnetici per posizionare i trucioli e il filo perimetrale per collegare i trucioli al substrato principale. La struttura 3D utilizza piccoli chip di silicio che hanno un design a T. La sezione lunga della T ha elettrodi in alluminio, che hanno ritagli di trapezio per ciascun elettrodo.
La sezione inferiore della T ha i principali circuiti di silicio che utilizzano tecniche di fabbricazione 2D standard. La parte posteriore del chiplet è rivestita da strisce di materiale ferromagnetico (nichel). Il substrato di silicio principale (collegato ai chiplet) presenta ritagli larghi quanto la sezione stretta dei chiplet e dei pad di incollaggio.
I pad di bonding si trovano sul substrato accanto ai ritagli. Ciò significa che quando il chiplet viene inserito nel ritaglio, può cadere nella parte superiore della sezione a T fungendo da spina. Inserire chiplet negli slot in genere richiede pinzette estremamente complesse, che possono essere un processo costoso e che richiede tempo.
Ecco perché i ricercatori hanno utilizzato le strisce di materiale ferromagnetico sul retro dei chiplet. Hanno quindi utilizzato un campo magnetico esterno non solo per orientare i chiplet, ma anche per spostarli attorno al substrato e far sì che i chiplet si trovassero nei ritagli. La fase successiva della costruzione è quella di fissare i trucioli nei ritagli.
I ricercatori hanno fatto questo usando una supercolla standard. Tuttavia, altre tecniche potrebbero essere utilizzate per contenere questi chiplet. Ad esempio, i progettisti potrebbero fare affidamento sui fili di legame tra il chiplet e il substrato (ne parleremo più avanti).
Se la supercolla deve essere rimossa, l'acetone farà il suo lavoro. I ricercatori hanno anche osservato che in un ambiente di produzione di massa, i progettisti possono automatizzare il processo utilizzando pompe in miniatura e sistemi stepper per applicare la supercolla. L'ultima fase prevede il collegamento del filo perimetrale dei chiplet al substrato principale.
I ricercatori hanno realizzato un legame utilizzando un legante per filo standard che viene generalmente utilizzato per incollare gli stampi ai pacchetti IC. Tuttavia, l'utilizzo di un design trapezoidale ha comportato alcune cose: 1) il legame deve essere realizzato a temperatura ambiente con bassa resistenza di contatto (inferiore a 0,2 ohm) e 2) la formazione del legame non richiederà vibrazioni ultrasoniche.
La deformazione del filo di collegamento nel contatto lo manterrà in posizione e formerà un'area di contatto più ampia. Il metodo di costruzione mostrato qui dimostra che è possibile realizzare strutture in silicio 3D costruite con metodi tradizionali. L'uso del magnetismo per spostare le strutture è (almeno in qualche modo) un'opzione pratica rispetto all'utilizzo di micro pinzette.
Le parti dimostrate costruite erano resistori a film sottile, che in genere sarebbero troppo grandi e costosi per integrarsi in una matrice standard, come un microprocessore. Ma questo metodo potrebbe essere applicato per un numero di componenti, inclusi transistor di potenza, condensatori e induttori. Un problema con questo metodo è che l'uso di materiali ferromagnetici su matrici di silicio potrebbe potenzialmente influenzare i circuiti magneticamente sensibili.
Tuttavia, la presenza di tale materiale può essere facilmente superata utilizzando i valori di offset nei magnetometri.