Microchips

In hetzelfde onderzoekslaboratorium waar het ethernet, de laserprinter en de grafische gebruikersinterface werden geboren, ontwikkelen ingenieurs een geheel nieuwe manier om elektronische apparaten te assembleren - een techniek die sneller, goedkoper en veelzijdiger zou kunnen zijn.

Meestal worden chips in bulk gemaakt op halfgeleiderwafels en vervolgens in afzonderlijke eenheden gesneden en op moederborden in computers en andere apparaten geplaatst. Maar onderzoekers van PARC, in Palo Alto, Californië, stellen zich voor om iets anders met de wafels te doen: ze hakken tot haarbrede chiplets, ze mengen tot een inkt en de kleine stukjes elektrostatisch naar precies de juiste plek en richting op een substraat leiden , waaruit een roller ze kon oppakken en afdrukken.

Eugene Chow

Links: Een laser-etsgereedschap vermaalt een siliciumwafel tot kleine chiplets.

Rechts: De duizenden chiplets hebben positieve en negatieve ladingen, die door middel van dunne films op de wafer worden aangebracht.

De chiplets, elk 200 micrometer bij 300 micrometer, worden in een vloeistof geplaatst.

Vier chiplets worden op hun plaats op een glazen substraat geleid met behulp van complexe elektrische velden die worden gegenereerd door draden in een spiraalvormig patroon.

Nadat een roller de vier chiplets op een plastic substraat heeft gedeponeerd, bedraadt een printer ze aan elkaar.

Vier chiplets, nauwelijks zichtbaar in de hoeken en in het midden van de lijnen links, zijn nu verbonden door geprinte draden in een proof of manufacturing-concept. Rechts zijn twee elektroden zichtbaar.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van september 2014

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Hoewel de technologie zich nu nog in een zeer vroeg stadium bevindt, zou ze kunnen leiden tot nieuwe soorten computerapparatuur, zoals beeldarrays met hoge resolutie gemaakt van kleine ultragevoelige detectoren die met miljoenen zijn samengesteld. Omdat printers materialen op verschillende substraten kunnen deponeren, zou deze technologie kunnen worden gebruikt om hoogwaardige flexibele elektronische apparaten te maken, kleine sensoren versierd met dichte arrays van verschillende sensoren, of 3D-objecten met computerfuncties erin verweven, zegt Janos Veres, die PARC's team voor gedrukte elektronica. En de aanpak zou het voor meer mensen en kleine bedrijven gemakkelijker kunnen maken om op maat gemaakte computerapparatuur te ontwerpen en te produceren.

PARC's visie op de technologie begint met wafels die met conventionele methoden zijn gemaakt en zijn ontworpen om duizenden kleine functionerende apparaten te bevatten. Dit kunnen LED's of lasers zijn, processors en geheugen, of sensoren op basis van micro-elektromechanische apparaten, of MEMS. Ze zouden allemaal grondstof worden voor een palet van met chips doordrenkte inkten. Bestaande elektronische printsystemen gebruiken over het algemeen minder goed presterende materialen, maar mogelijk kunnen we de absoluut best presterende chips op de markt gebruiken, zegt Eugene Chow, een elektrotechnisch ingenieur die het project leidt.

De technologie brengt chiplets op hun plaats met behulp van softwaregestuurde elektrische velden die worden gegenereerd door reeksen draden onder een montagesubstraat. Net als ballen die in divots rollen, gaan de chiplets naar locaties die worden bepaald door de elektrische velden. De velden veranderen in tijd en ruimte in allerlei mooie patronen die kunnen worden gecontroleerd om assemblage met hoge doorvoer mogelijk te maken, zegt Chow.

Voorlopig wordt de plaatsing geholpen door eenvoudige positieve en negatieve ladingen die aan chiplets worden toegevoegd voordat de wafels worden fijngemaakt. Voor een printsysteem dat verschillende soorten chiplets kan verwerken, wil PARC ze onderscheiden met unieke, op lading gebaseerde streepjescodes of het creëren van meerdere printstappen, waarbij bij elke stap één type chiplet wordt vastgelegd. Als dit over jaren werkt, is het een nieuw platform waar we miljoenen en miljarden dingen samenvoegen, zegt Chow.

De eerste hindernis is uitzoeken hoe chiplets precies kunnen worden geassembleerd; tot nu toe is PARC erin geslaagd om er vier tegelijk te plaatsen en ze vervolgens in een tweede stap aan elkaar te koppelen. Toch is die prestatie een begin in de richting van het versnellen van de evolutie van micro-elektronica, zegt Veres. We kunnen elke minuut nieuwe circuits herhalen, waardoor duizenden toepassingen mogelijk zijn.

zich verstoppen