Nye materialer til elektronisk emballage:Forskere forbedrer energiomkostningerne ved chipfremstilling

Carnegie Mellon University og Intel Corporation vil afsløre en ny klasse af materialer kaldet loddemagnetiske nanokompositter, der kan hjælpe med at strømline processen med computerelektronik. Milepælsforskningen vil blive diskuteret på den 11. årlige Magnetism and Magnetics Materials Conference 18.-22. januar i Marriott Washington Wardman Park i Washington, D.C.

Et Carnegie Mellon forskerhold ledet af Michael McHenry, professor i materialevidenskab og teknik, biomedicinsk teknik og fysik, i samarbejde med Raja Swaminathan, Intel senior emballagematerialeingeniør, har udtænkt en RF-opvarmningsteknik til loddemagnetiske nanopartikler (MNP) kompositter, der kan opvarme loddematerialer tilstrækkeligt til at forårsage reflow uden at placere computerchips i konventionelle ovne. Et lodde er en metallegering, der bruges til at binde metaller sammen. McHenrys team omfatter Ph.D. materialevidenskab og ingeniørkandidater AshFague Habib og Kelsey Miller, og Matt Ondeck, en junior i materialevidenskab og teknik.

På nuværende tidspunkt, state-of-the-art teknikker til fremstilling af computerchips under den elektroniske pakkeproces involverer brug af varmluftkonvektion eller brug af infrarøde ovne. Fordi opvarmning af spånerne i disse ovne kræver betydelige energiomkostninger og også udgør en risiko for spånforvrængning, McHenrys team arbejdede i samarbejde med Intels Swaminathan for at udvikle et værktøj, der bruger radiofrekvensspoler til at opvarme specialdesignede magnetiske partikler, der blandes med loddepastaer.

"Ved at variere koncentrationen og sammensætningen af ​​disse magnetiske partikler kan vi styre den tid, det tager at opvarme dem, hvilket i sidste ende hjælper med at forbedre hastigheden af ​​behandlingen af ​​dem, og potentielt sænker omkostningerne, "sagde McHenry, medudgivelsesformand for MMM/Intermag-konferencen.

Den årlige konference samler videnskabsmænd og ingeniører, der er interesseret i den seneste udvikling inden for alle grene af fundamental og anvendt magnetisme. Der lægges stor vægt på eksperimentel og teoretisk forskning i magnetisme, egenskaberne og syntesen af ​​nye magnetiske materialer, og fremskridt inden for magnetisk teknologi.

"Det er altid glædeligt at se en idé faktisk demonstreret i virkeligheden, "Swaminathan sagde." Denne første vellykkede demonstration kunne åbne muligheder for andre applikationer, selv uden for mikroelektronisk emballage. Selvom vi har en lang vej at gå med at implementere et lokalt smeltende loddemiddel i faktiske applikationer, begrebet lokal opvarmning åbner op for mange behandlingsmuligheder, som vi arbejder på at undersøge yderligere med McHenry. Der er betydelige muligheder her for god grundlæggende videnskab og teknologi udforskning, " sagde Swaminathan.

Ud over at fremskynde loddeprocessen, McHenrys team forbedrede også de elektriske forbindelser under den kritiske elektroniske pakkeproces. Fordi chip warpage mere er et problem ved den temperatur, der kræves for at få blyfrie lodninger til at strømme tilbage, denne teknologi udviklet af Carnegie Mellon -forskere vil have yderligere fordele med disse mere miljøvenlige soldater.

"Der er mange muligheder for denne proces i en række forskellige industrisektorer, herunder halvledersektoren, rumfarts- og datalagringsindustri, " sagde McHenry.