Mikrochiplets

I samma forskningslabb där ethernet, laserskrivaren och det grafiska användargränssnittet föddes, skapar ingenjörer ett helt nytt sätt att sätta ihop elektroniska enheter – en teknik som kan vara snabbare, billigare och mer mångsidig.

Vanligtvis tillverkas chips i bulk på halvledarskivor och skärs sedan till individuella enheter och placeras på moderkort inuti datorer och andra enheter. Men forskare vid PARC, i Palo Alto, Kalifornien, föreställer sig att göra något annorlunda med wafers: skära upp dem till hårbredda chiplets, blanda dem till ett bläck och styra de små bitarna elektrostatiskt till precis rätt plats och orientering på ett substrat , varifrån en rulle kunde plocka upp dem och skriva ut dem.

Eugene Chow

Vänster: Ett laseretsningsverktyg finfördelar en kiselskiva till små små bitar.

Höger: De tusentals chiplets har positiva och negativa laddningar, applicerade på wafern i form av tunna filmer.

Chiplets, var och en 200 mikrometer gånger 300 mikrometer, placeras i en vätska.

Fyra chiplets styrs på plats på ett glassubstrat med hjälp av komplexa elektriska fält som genereras av ledningar i ett spiralmönster.

Efter att en rulle har lagt de fyra chipletarna på ett plastsubstrat kopplar en skrivare ihop dem.

Fyra chiplets, knappt synliga i hörnen och mitten av linjerna till vänster, är nu sammankopplade med tryckta ledningar i ett proof of manufacturing-koncept. Två elektroder syns till höger.

Den här historien var en del av vårt septembernummer 2014

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Även om tekniken nu är i ett mycket tidigt skede, kan den leda till nya typer av datorenheter, som högupplösta bilduppsättningar gjorda av små ultrakänsliga detektorer sammansatta av miljontals. Eftersom skrivare kan deponera material på olika substrat, kan den här tekniken användas för att göra högpresterande flexibla elektroniska enheter, små sensorer prydda med täta uppsättningar av olika sensorer eller 3D-objekt med invävda datorfunktioner, säger Janos Veres, som leder PARC:s team för tryckt elektronik. Och tillvägagångssättet kan göra det lättare för fler människor och små företag att designa och tillverka anpassade datorenheter.

PARC:s vision för tekniken börjar med wafers tillverkade med konventionella metoder och designade för att hålla tusentals små fungerande enheter. Dessa kan inkludera lysdioder eller lasrar, processorer och minne, eller sensorer baserade på mikroelektromekaniska enheter, eller MEMS. De skulle alla bli råvaror för en palett av chip-infunderade bläck. Befintliga elektronik-utskriftssystem använder i allmänhet material med lägre prestanda, men potentiellt kan vi använda de absolut högsta prestandachipsen på marknaden, säger Eugene Chow, en elingenjör som leder projektet.

Tekniken samlar chiplets på plats med hjälp av mjukvarukontrollerade elektriska fält som genereras av arrayer av ledningar under ett monteringssubstrat. Liksom bollar som rullar in i divot, går chiplets till platser som definieras av de elektriska fälten. Fälten förändras i tid och rum i alla typer av snygga mönster som kan kontrolleras för att möjliggöra montering med hög genomströmning, säger Chow.

För närvarande underlättas placeringen av enkla positiva och negativa laddningar som läggs till chiplets innan skivorna hackas. För att ett utskriftssystem ska kunna hantera olika typer av chiplets, planerar PARC att differentiera dem med unika avgiftsbaserade streckkoder eller skapa flera utskriftssteg, med en typ av chiplet inställd i varje steg. Om det om flera år, om det här fungerar, är det en ny plattform där vi sätter samman miljoner och miljarder saker, säger Chow.

Det första hindret är att ta reda på hur man exakt sätter ihop chiplets; Hittills har PARC lyckats placera fyra åt gången och sedan koppla ihop dem i ett andra steg. Ändå är den prestationen en början mot att påskynda utvecklingen av mikroelektronik, säger Veres. Vi kan iterera nya kretsar varje minut, vilket öppnar upp för tusentals användningsområden.

Dölj