محمود حاج زمان: یکی از مشکلات مهمی که صنعت امروزی با آن دست و پنجه نرم می‌کند، بنا نهاده شدن صنعت بر پایه فناوری‌هایی همچون لحیم‌کاری است که قابلیت دوباره کاری ندارند. اگر پس از لحیم‌کاری یک قطعه الکترونیکی، تنها یکی از تراشه‌ها به درستی کار نکند، شما مجبورید تمام قطعه را دور بیاندازید.
به گزارش تکنولوژی رویو، یوجین چاو و همکارانش از مرکز تحقیقات پالو آلتو برای حل این مشکل، رویکرد جایگزینی یافته‌اند. آنها از یک صفحه با فنرهای ریزمقیاس استفاده کردند که تحت اثر وزن تراشه اندکی فشرده می‌شود. در نتیجه هنگامی‌که این دو سطح به یکدیگر چسبیده باشند، یک اتصال بادوام و ایمن از نظر الکترونیکی ایجاد می‌کند. چاو می‌گوید: «شما می‌توانید وسیله را روشن کنید و اگر به خوبی کار کرد، اتصال نهایی را با استفاده از یک ماده چسبنده ایجاد کنید. اما اگر وسیله مورد نظر به درستی کار نکند، به جای دور انداختن آن می‌توانید قطعه خراب را بردارید و آن را با یک قطعه سالم جایگزین کنید.»
در حال حاضر، محققان مشغول توسعه این رویکرد فنری برای پردازشگرهای با کارایی بالا هستند که در ابررایانه‌ها یا سرورهای پیشرفته و گران قیمت استفاده می‌شود. این تراشه‌ها در گروه‌های فشرده که تحت عنوان مدول‌های چندتراشه‌ای شناخته می‌شوند، با یکدیگر ترکیب می‌شوند.
چاو می‌گوید: «من تصور می‌کنم که این رویکرد برای کاربردهای ارزان‌قیمت‌تر نیز مورد استفاده قرار خواهد گرفت. نهایتا این رویکرد می‌تواند در گوشی‌های همراه پیشرفته نیز استفاده شود. متخصصان می‌خواهند تعداد تراشه‌های بیشتری را داخل دستگاه‌های خود قرار دهند و این رویکرد، به دلیل کاهش فاصله افقی بین اتصالات می‌تواند به هدف آنها کمک کند.» چاو و همکارانش نشان دادند که این فنرها را می‌توان به فاصله 6 میکرون در کنار یکدیگر قرار داد. چنین فاصله‌ای در مقایسه با فاصله چند ده میکرونی لازم برای اتصالات لحیمی بسیار کمتر است.
ساختار فنری
فنرهایی مورد استفاده در این رویکرد، در واقع نوارهای فلزی صافی هستند که از سطحی که تراشه به آن متصل خواهد شد، به سمت بالا خم شده‌اند. به گفته چاو اساسا این ساده‌ترین فنری است که می‌توان تصور کرد. فرایند ساخت فنر از اضافه کردن یک لایه نازک تیتانیوم به یک سطح پایه آغاز می‌شود. سپس در بالای این لایه، مواد سازنده فنرها به نحوی لایه‌نشانی می‌شوند که انحنای اندکی را به سمت لایه بالایی ایجاد کنند. نهایتا پیش از جدا کردن لایه تیتانیومی از سطح زیر آن، با استفاده از لیتوگرافی نوری طرح کلی فنرها حکاکی می‌شود.
چاو در باره نحوه عملکرد فنرها می‌گوید: «کشش باعث می‌شود که فنرها به سمت بالا بجهند که راهی عالی برای ساخت یک سازه سه‌بعدی است.» فنرهای تکمیل شده به منظور افزایش مقاومت و اتصال الکترونیکی بهتر، با لایه نازکی از طلا پوشانده می‌شود. تولیدکنندگان باید چیدمان فنرها را به گونه‌ای طراحی کنند که با اتصالات موجود بر روی تراشه‌ها هم‌خوانی داشته باشد. به همین منظور، گلوله‌های ریز سیلیکات آلومینیوم یا ساختارهای میخ‌مانند دیگری بر روی سطح لایه زیرین قرار می‌گیرند تا با جفت شدن در شیارهای داخل تراشه، از قرارگیری دو قطعه در جای صحیح اطمینان حاصل شود.
ماه گذشته چاو و همکارانش نتیجه کار خود را در کنفرانس قطعات و فناوری های الکترونیکی در لاس‌وگاس آمریکا به نمایش گذاشتند. آنها نشان دادند که رویکرد آنها بر روی یک تراشه آزمایشی شرکت اوراکل که رفتار الکتریکی و گرمایی یک پردازشگر پیشرفته را شبیه‌سازی می‌کرد، به خوبی کار می‌کند. تراشه آزمایشی از حدود 4000 سلول مربعی با ابعاد 180 میکرون تشکیل شده بود و هر سلول شامل یک حرارت‌سنج، حسگر اندازه‌‌گیری ولتاژ سلول و یک گرمکن برای پخش یکنواخت گرما در سراسر تراشه، به منظور فعالیت پردازشگر با حداکثر توان ممکن بود.
محدودیت‌های لحیم‌کاری
به گفته چین لی، استاد مهندسی الکترونیک و کامپیوتر دانشگاه کالیفرنیا، دلیل دیگری که برای اندیشیدن به اتصالی غیر از لحیم‌کاری وجود دارد، محدودیت‌هایی است که لحیم کاری در آینده نزدیک برای ساخت وسایل کوچک‌تر ایجاد خواهد کرد. وی می گوید: «ما به راه‌حل‌های جایگزین نیاز داریم، زیرا به زودی دیگر نمی‌توان لحیم‌کاری را را چیزی که هست، ظریف‌تر انجام داد.»
تولیدکنندگان قطعات الکترونیکی می‌توانند فنرها را با دقت بیشتری نسبت به لحیم‌کاری در جای خود قرا دهند. در نتیجه به گفته چاو، می‌توان تراشه‌ها را در گروه‌های فشرده‌تری قرار داد و از این طریق عملکرد آنها را ارتقاء داد. وی می‌گوید: «افراد عادی معمولا بر روی ترانزیستورها و اجزای الکترونیکی تمرکز می‌کنند، اما مشکل واقعی برای بهبود عملکرد نحوه بسته‌بندی قطعات است.»
باگات ساماکیا، رئیس مرکز بسته‌بندی و یکپارچه‌سازی سیستم‌های ریزمقیاس در دانشگاه بینگامتون نیز گفته چاو را تایید می‌کند. وی می‌گوید: «شما می‌توانید بهترین فناوری دنیا را در اختیار داشته باشید، اما بدون بسته‌بندی مناسب نمی‌توانید بهترین عملکرد را از آن به دست آورید.» ساماکیا اعتقاد دارد که اگرچه تحقیقات در خصوص رویکردهای جدید برای بسته‌بندی تراشه‌ها ارزشمند است، اما نهایتا این بازار است که تصمیم می‌گیرد کدام رویکرد باید استفاده شود. وی می‌گوید: «شاید شما همیشه بتوانید یک مشکل را حل کنید، اما راه‌حل شما همیشه اقتصادی نخواهد بود.»
جنیفر ارنست، رییس بخش توسعه تجاری مرکز تحقیقات پالو آلتو می‌گوید: «این پروژه مستقیما بر اساس اهداف تجاری شکل گرفته است. اولویت نخست ما رساندن این پروژه به تولید است. ساخت فنرها بسیار آسان است و در این فرایند تنها از تعداد اندکی لایه فلزی و فرایندهای لایه‌نشانی و برش استاندارد استفاده می‌شود. ما انتظار داریم که در مقیاس تجاری، این رویکرد از قابلیت رقابت بالایی برخوردار باشد.»
نظر شما