211service.com
Magnetisch soldeer om 3D-chips te bedraden
Een nieuw type soldeer kan onder de kracht van een zwak magnetisch veld in drie dimensies worden gesmolten en gevormd. Door met een magneet het soldeer door smalle gaatjes omhoog te trekken, kunnen elektrische verbindingen worden gemaakt tussen bijvoorbeeld gestapelde siliciumchips. Deze driedimensionale chips bevatten meer rekenkracht in een bepaald gebied, maar het maken van verbindingen ertussen is duur, een probleem dat het nieuwe soldeer zou kunnen oplossen. Het soldeer bevat ook geen lood en is sterker dan ander loodvrij soldeer.
Magnetisch materiaal: Een nieuw loodvrij magnetisch soldeer klimt verticaal naar een magneet.
Het is net de robot van vloeibaar metaal uit Terminator 2 : je kunt het vormgeven en laten stromen met behulp van een magnetisch veld, zegt David Dunand , een professor in materiaalkunde en engineering aan de Northwestern University, die niet betrokken was bij het onderzoek.
Het nieuwe soldeer is ontwikkeld door onderzoekers onder leiding van Ainissa ramirez , hoogleraar werktuigbouwkunde aan de Yale University, vernoemd naar Technologie Review's TR35-lijst van jonge vernieuwers in 2003. Het soldeer krijgt zowel zijn sterkte als magnetische eigenschappen van ijzerdeeltjes die in het mengsel zijn gesuspendeerd.
Een deel van de motivatie voor het ontwikkelen van het soldeer, zegt Ramirez, is regelgevend. Veel landen, waaronder Japan en de leden van de Europese Unie (hoewel niet de Verenigde Staten), hebben geïmporteerde elektronica die lood bevat verboden. De beste alternatieven voor tin-loodsoldeer zijn echter lang niet zo sterk en hebben meestal een veel hoger smeltpunt. De hitte die nodig is om het soldeer te smelten, kan kwetsbare elektronische structuren op computerchips in gevaar brengen. Andere onderzoeksgroepen hebben composietsoldeersels ontwikkeld waarin oxide- of metaaldeeltjes zijn verwerkt voor extra sterkte. We besloten om magnetische metaaldeeltjes in te brengen om niet alleen de sterkte te vergroten, maar ook om nieuwe eigenschappen te geven, zegt Ramirez.
Het resultaat is een tin-zilverlegering die een dispersie van ijzerdeeltjes met een diameter van tientallen micrometers bevat. Wanneer een magnetisch veld wordt aangelegd op de soldeer, gebeuren er twee dingen. Eerst worden de ijzerdeeltjes warm, waardoor het soldeer plaatselijk smelt. Deze lokale verwarming, die volgens hetzelfde principe werkt als inductieve kachels, blijft volledig ingesloten en houdt de omgeving koel. En ten tweede komen de ijzerdeeltjes overeen met de richting van het magnetische veld, waarbij ze de vloeistof in die richting knijpen en duwen. Deze uitlijning blijft behouden wanneer het soldeer stolt, en de goed geordende deeltjes zorgen voor mechanische versterking die groter is dan die wordt geboden door een regelmatige dispersie van deeltjes.
Het is een groot probleem om zo'n vloeistof te kunnen verplaatsen, zegt Dunand. Je zou verwachten dat de deeltjes weer naar boven komen, niet dat ze de vloeistof meesleuren.
Ramirez gelooft dat het soldeer een betere manier kan zijn om elektrische verbindingen tussen de lagen in driedimensionale chips te maken. Tegenwoordig worden de verbindingen tussen gestapelde chips gemaakt door chemisch een gat door silicium te boren en de zijkanten met koper te bekleden. De oppervlaktespanning op het koper stimuleert soldeer om door het gat omhoog te klimmen, maar het proces heeft zijn beperkingen. Ze hopen dat het soldeer de koperen wanden zal opzuigen, zegt Ramirez, maar er zijn veel faalkansen en het kopercoatingproces is duur. Het magnetische soldeer daarentegen kan met behulp van een relatief zwakke magneet door silicium worden getrokken. Ons proces is erg goedkoop, zegt ze.
Ramirez zegt dat ze in gesprek is geweest met geïnteresseerde chipmakers en het soldeer mogelijk via de markt gaat commercialiseren Adhera Technologies , een startup gevestigd in New York.