Magnetický držák: nová volba pro přesnou 3D integraci?

Vědci v poslední době neustále pracují na Moorově zákoně, který ukládá tranzistory vertikálně, aby se zvýšil počet tranzistorů při zachování relativně stejných fyzických rozměrů čipu, ale tato metoda se stává obtížnou, když designéři pracují s jemnými součástmi (např. Miniaturizovanými senzory), které lze snadno poškodit metodami pick and place. Naproti tomu může být obtížné kontrolovat současné bezkontaktní metody pro velkoobjemovou výrobu a nová výzkumná studie ukazuje návrhářům, jak se těmto překážkám vyhnout při konstrukci vertikálních polovodičů pomocí magnetických polí.

“Vertikální integrace?”

Vědci z KTH Royal Institute of Technology ve Švédsku objevili možné řešení pro „3D přechod“. Tito inženýři úspěšně vytvořili 3D křemíková zařízení bez nutnosti zvětšovat epitaxní vrstvy na křemíkových zařízeních. hlavní substrát.

3D struktura typu T Struktura 3B používá malé křemíkové čipy s designem typu T na dlouhé části T má hliníkové elektrody s lichoběžníkovými výřezy pro každou elektrodu. Spodní část trička má hlavní křemíkový obvod pomocí standardních 2D výrobních technik. Zadní strana čipu je pokryta proužky feromagnetického materiálu (nikl).

Čipy mají design ve tvaru písmene T, který brání vstupu obráceně do otvorů. Obrázek s laskavým svolením Federico Ribet et al. a příroda (CC BY 4.0)

Hlavní silikonový substrát (připevněný k lištám) má výřezy široké jako úzká část lišt a lepicích podložek. Vázací podložky jsou umístěny na podkladu vedle řezů. To znamená, že když je čip vložen do řezu, může spadnout na horní část T-profilu, který funguje jako zástrčka.

Krok první: K vedení zaoblení použijte magnetismus. Instalace lamel do drážek často vyžaduje velmi složité kleště, což může být nákladný a časově náročný proces. Proto vědci použili proužky feromagnetického materiálu na zadní straně zaoblení.

Schéma magnetické montáže. Obrázek s laskavým svolením Federico Ribet et al. a příroda (CC BY 4.0)

Poté použili externí magnetické pole nejen k vedení lamel, ale také k jejich pohybu kolem podkladu a umožnění lamel usadit se do řezů.

Druhý krok: Upevněte řezy na řezy Další fází konstrukce je oprava latí uvnitř řezů. Vědci to provedli pomocí standardního lepidla. K držení těchto čipových sad však lze použít i jiné techniky. Například návrháři se mohou spolehnout na propojení kabelů mezi čipem a substrátem (o tom později). Pokud je třeba odstranit superlepidlo, udělá to aceton.

Horní dva obrázky ukazují mikročipy stoupající svisle v přítomnosti magnetického pole v důsledku poškrábaného niklového povlaku na zadní straně. Dva obrázky níže ukazují, jak lze směr stoupání mikročipů řídit poškrábáním niklového povlaku. Obrázek s laskavým svolením Federico Ribet et al. a příroda (CC BY 4.0)

Vědci také poznamenali, že v prostředí hromadné výroby mohli návrháři automatizovat proces pomocí miniaturních čerpadel a kaskádových systémů pro nanášení superlepidla.

Třetí krok: Přichycení lamel k hlavnímu substrátu Poslední krok zahrnuje okrajový drát, který spojuje latě s hlavním podkladem. Vědci provedli připojení pomocí standardního drátového připojení, které se obvykle používá k připojení strun k IC sadám. Použití lichoběžníkového designu však zahrnovalo několik věcí: 1) Spojování by mělo být provedeno při pokojové teplotě a s nízkým odporem. kontakt (méně než 0,2 ohmu) a 2) nevyžaduje ultrazvukové vibrace tvořící bod připojení.

Okrajový drát. Obrázek s laskavým svolením Federico Ribet et al. a příroda (CC BY 4.0)

Deformace propojky v místě kontaktu ji udrží na místě a vytvoří větší kontaktní plochu.

výsledek

Zde uvedená metoda konstrukce ukazuje, že jsou možné 3D křemíkové struktury konstruované pomocí konvenčních metod. Použití magnetismu k pohybu struktur (alespoň v některých ohledech) je praktickou možností, na rozdíl od použití mikro pinzety. Součástmi postavenými byly tenkovrstvé rezistory, které byly obvykle velmi velké a jejich integrace do standardní formy byla nákladná. jako mikroprocesor. Tuto metodu lze však aplikovat na řadu komponent, včetně výkonových tranzistorů, kondenzátorů a induktorů.Jedním problémem této metody je, že použití feromagnetických materiálů v křemíkových formách může ovlivnit magneticky citlivé obvody. Přítomnost takových materiálů však lze snadno překonat použitím hodnot offsetu v magnetometrech.