Il trasferimento di massa tramite stampi elastomerici ottiene risultati industriali

La produzione di circuiti integrati su wafer semiconduttori ha rivoluzionato l'industria elettronica. La prossima rivoluzione potrebbe arrivare con il trasferimento ad alto rendimento e l’integrazione di più microdispositivi su altri substrati con una tecnologia simile a un timbro di gomma.

I circuiti integrati o "chip" hanno sostituito i componenti discreti e i giunti saldati dell'elettronica convenzionale con molti elementi circuitali su un wafer semiconduttore. Ciò ha consentito una funzionalità sempre maggiore e prestazioni più elevate, dimensioni e pesi significativamente più piccoli e un consumo energetico inferiore. Ha inoltre ridotto i costi e gli sprechi di produzione e test. I circuiti integrati fotonici stanno facendo lo stesso per i dispositivi ottici e optoelettronici. Poiché le richieste di prestazioni continuano ad aumentare, ottenere la scalabilità dei dispositivi e la riduzione dei costi richiede un nuovo modus operandi. L'integrazione eterogenea unisce componenti diversi e prodotti separatamente su una piattaforma comune in un cosiddetto system-in-package. Il progetto MICROPRINCE, finanziato dall’UE, ha creato una linea pilota di fonderia per l’integrazione eterogenea basata su una delle tecniche più promettenti in fase di sviluppo negli ultimi 15 anni. Un portafoglio diversificato di dimostratori apre la strada agli innovatori per accelerare la preparazione alla produzione dei loro dispositivi innovativi in ​​campi multidisciplinari.

Con l’aumento della complessità dei componenti e del prodotto, aumenta la probabilità di guasti, aumentando gli scarti e i costi e diminuendo la resa. L'integrazione di più "chiplet" o sottosistemi è più pratica ed economica rispetto alla produzione di sistemi monolitici. Uno degli approcci più promettenti è la stampa a microtrasferimento (μTP), chiamata anche trasferimento di massa. μTP utilizza un timbro elastomerico per spostare fino a migliaia di chiplet o dispositivi su microscala fabbricati con wafer alla volta da un substrato a un altro, come l'inchiostro in un tampone viene trasferito sulla carta. Finora la tecnica veniva utilizzata soprattutto nei laboratori per la ricerca scientifica.

MICROPRINCE ha creato una linea pilota μTP nella camera bianca della fonderia X-FAB MEMS e ha lanciato quattro prodotti high-tech. Si trattava di piastre Hall in arseniuro di gallio per sensori di corrente di prossima generazione, filtri di risposta dell'occhio umano per sensori di luce ambientale, LED al nitruro di gallio per moduli di illuminazione ambientale per auto e fotodiodi al fosfuro di indio nei circuiti fotonici di silicio. Questi prodotti sono stati utilizzati in dimostratori funzionali di sensori di luce ambientale, driver/pacchetti di illuminazione ambientale per auto e spettrometri a infrarossi fotonici al silicio integrati. Secondo Sebastian Wicht, coordinatore di MICROPRINCE e responsabile del programma di stampa a trasferimento presso X-FAB MEMS Foundry, "oltre a La creazione della linea pilota µTP e gli sviluppi di processi generici hanno supportato l'eccellente potenziale di µTP per l'integrazione 3D con resa, produttività e precisione di allineamento elevate. Abbiamo dimostrato una resa di stampa o di trasferimento fino al 99%, con disallineamenti inferiori a 1,0 µm. Dispositivi con dimensioni fino a 100 µm x 100 µm x 5 µm sono stati effettivamente trasferiti e impilati su die bersaglio semiconduttori di ossido di metallo complementari.

µTP consente il trasferimento di migliaia di microdispositivi in ​​un unico passaggio con eccellente precisione per un throughput molto elevato a costi relativamente bassi. Supera le tecnologie all'avanguardia nel ridurre al minimo le dimensioni della confezione ed elimina quasi completamente lo spreco di materiali ed elementi costosi. Wicht conclude: “MICROPRINCE ha aperto la strada all’implementazione industriale di µTP per l’integrazione 3D ed eterogenea. Sosterrà lo sviluppo di prodotti innovativi con prestazioni superiori, confezioni di dimensioni più piccole o anche nuove funzionalità in campi che vanno dai prodotti industriali e di consumo alla biomedicina”. I clienti interessati sono incoraggiati a contattare X-FAB MEMS Foundry per portare le loro idee per nuove applicazioni nel regno della produzione.

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