(PhysOrg.com) - Forskare vid Chalmers har visat att två staplade marker kan vara vertikalt sammankopplade med kolnanorörs -vias genom chipsen. Denna nya metod förbättrar möjligheterna för 3D -integration av kretsar, en av de mest lovande tillvägagångssätten för miniatyrisering och prestandafrämjande av elektronik.

Tredimensionell integration är ett hett område inom elektronik eftersom det erbjuder ett nytt sätt att packa komponenter tätt och därmed bygga små, väl fungerande enheter. När du staplar marker vertikalt, det mest effektiva sättet att sammankoppla dem är med elektriska sammankopplingar som går genom chipet (istället för att kopplas ihop vid kanterna)-det som kallas genom-kiselvias.

Industrin har hittills främst använt koppar för detta ändamål; dock, koppar har flera nackdelar som kan begränsa tillförlitligheten för 3D -elektronik. En annan stor fråga handlar om kylning när chipsen blir varma. Kolnanorörens utmärkta termiska egenskaper kan spela en avgörande roll i detta avseende.

Således arbetar ett forskargrupp på Chalmers med kolnanorör som ledande material för genomkisel-vias. Kolnanorör - eller rör av grafen vars väggar bara är en atom tjocka - kommer att vara det mest tillförlitliga av alla ledande material om det är möjligt att använda dem i stor skala. Detta tycker Kjell Jeppsson, medlem i forskargruppen.

"Potentiellt, kolnanorör har mycket bättre egenskaper än koppar, både när det gäller termisk och elektrisk konduktivitet ”, han säger. ”Kolnanorör är också bättre lämpade för användning med kisel ur en rent mekanisk synvinkel. De expanderar ungefär lika mycket som det omgivande kislet medan koppar expanderar mer, vilket resulterar i mekanisk spänning som kan få komponenterna att gå sönder. "

Forskarna har visat att två chips kan vara vertikalt sammankopplade med kolnanorör genom genomkisel via sammankopplingar, och att chipsen kan bindas. De har också visat att samma metod kan användas för elektrisk sammankoppling mellan chipet och paketet.

Doktoranden Teng Wang - som försvarar sin avhandling den 12 december - har arbetat med produktion. Han har utvecklat en teknik för att fylla genom-kisel-vias med tusentals kolnanorör. Flisen binds sedan med ett lim så att kolnanorören kommer i direkt kontakt med varandra och därmed kan leda ström genom flisen.

"En svårighet innebär att producera kolnanorör med perfekta egenskaper och med den längd vi behöver för att gå igenom chipet, "säger han." Vi har tillverkat rör som är 200 mikrometer långa, som kan jämföras med diametern som bara är 10 nanometer. Deras egenskaper, dock, är ännu inte perfekta. "

För att metoden ska överföras till industriell produktion, tillverkningstemperaturen måste sänkas till maximalt 450 grader. Detta är en stor utmaning eftersom kolnanorör för närvarande "odlas" vid minst 700 grader.

Om det lyckas, helt nya möjligheter kommer att dyka upp för framtida krympning av elektronik - inte minst när det gäller förbättrad prestanda. Den tredimensionella integrationen med genom-kisel-vias ger betydligt snabbare signalöverföringar än traditionell integration där chips placeras bredvid varandra. Vidare, genom-kisel-vias med kolnanorör ger billigare produktion jämfört med den nuvarande tekniken som använder kopparanslutningar.

"Det pågår flera projekt som involverar 3D -integration i branschen, men det finns potentiella problem med både kylning och tillförlitlighet eftersom de använder koppar, "säger Kjell Jeppsson." Om vår metod fungerar i stor skala, Jag tror att den kommer att vara i produktion inom fem år. "