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Chip 3D da saldatura magnetica a filo
Un nuovo tipo di saldatura può essere fuso e modellato in tre dimensioni sotto la forza di un debole campo magnetico. Utilizzando un magnete per tirare la saldatura attraverso fori stretti, è possibile creare connessioni elettriche tra chip di silicio impilati, ad esempio. Questi chip tridimensionali racchiudono più potenza di calcolo in una determinata area, ma effettuare connessioni tra di loro è costoso, un problema che la nuova saldatura potrebbe risolvere. La saldatura inoltre non contiene piombo ed è più forte di altre saldature senza piombo.
Materiale magnetico: Una nuova saldatura magnetica senza piombo sale verticalmente verso un magnete.
È come il robot di metallo liquido di Terminatore 2 : puoi modellarlo e farlo fluire usando un campo magnetico, dice David Dunand , un professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la Northwestern University, che non era coinvolto nella ricerca.
La nuova saldatura è stata sviluppata da ricercatori guidati da Ainissa ramirez , professore di ingegneria meccanica all'Università di Yale, che è stato nominato su Revisione della tecnologia Elenco TR35 dei giovani innovatori nel 2003. La saldatura ottiene sia la sua forza che le proprietà magnetiche dalle particelle di ferro sospese nella miscela.
Parte della motivazione per lo sviluppo della saldatura, afferma Ramirez, è regolamentare. Molti paesi, tra cui il Giappone e i membri dell'Unione Europea (ma non gli Stati Uniti), hanno vietato i dispositivi elettronici importati che contengono piombo. Tuttavia, le migliori alternative alla saldatura stagno-piombo non sono così forti e tendono ad avere un punto di fusione molto più alto. Il calore necessario per fondere la saldatura può mettere a rischio le delicate strutture elettroniche dei chip dei computer. Altri gruppi di ricerca hanno sviluppato saldature composite che incorporano particelle di ossido o metallo per una maggiore resistenza. Abbiamo deciso di inserire particelle metalliche magnetiche non solo per aumentare la forza, ma anche per conferire nuove proprietà, afferma Ramirez.
Il risultato è una lega stagno-argento che contiene una dispersione di particelle di ferro di decine di micrometri di diametro. Quando un campo magnetico viene applicato alle saldature, accadono due cose. Innanzitutto, le particelle di ferro si riscaldano, fondendo localmente la saldatura. Questo riscaldamento localizzato, che funziona secondo lo stesso principio delle stufe ad induzione, rimane completamente contenuto, mantenendo fresco l'ambiente circostante. E in secondo luogo, le particelle di ferro si allineano con la direzione del campo magnetico, schiacciando e spingendo il liquido in quella direzione. Questo allineamento viene mantenuto quando la saldatura si solidifica e le particelle ben ordinate forniscono un rinforzo meccanico maggiore di quello offerto da una dispersione regolare di particelle.
È un grosso problema essere in grado di spostare un liquido in questo modo, afferma Dunand. Ti aspetteresti che le particelle riaffiorino, non che trascinano il liquido con esse.
Ramirez crede che la saldatura possa fornire un modo migliore per realizzare connessioni elettriche tra gli strati nei chip tridimensionali. Oggi, le interconnessioni tra i chip impilati vengono realizzate praticando chimicamente un foro attraverso il silicio e rivestendo i suoi lati con rame. La tensione superficiale sul rame incoraggia la saldatura a salire attraverso il foro, ma il processo ha i suoi limiti. Sperano che la saldatura assorba le pareti di rame, dice Ramirez, ma ci sono molte opportunità di fallimento e il processo di rivestimento in rame è costoso. Al contrario, la saldatura magnetica può essere tirata su attraverso il silicio utilizzando un magnete relativamente debole. Il nostro processo è molto economico, dice.
Ramirez afferma di aver avuto una conversazione con i produttori di chip interessati e potrebbe commercializzare la saldatura attraverso Tecnologie Adhera , una startup con sede a New York.