Soudure magnétique pour câbler des puces 3D

Un nouveau type de soudure peut être fondu et façonné en trois dimensions sous la force d'un faible champ magnétique. L'utilisation d'un aimant pour tirer la soudure vers le haut à travers des trous étroits permet de créer des connexions électriques entre des puces de silicium empilées, par exemple. Ces puces tridimensionnelles contiennent plus de puissance de calcul dans une zone donnée, mais établir des connexions entre elles est coûteuse, un problème que la nouvelle soudure pourrait résoudre. La soudure ne contient pas non plus de plomb et est plus résistante que les autres soudures sans plomb.

Matériau magnétique : Une nouvelle soudure magnétique sans plomb monte verticalement vers un aimant.

C'est comme le robot de métal liquide de Terminateur 2 : vous pouvez le façonner et le faire couler à l'aide d'un champ magnétique, dit David Dunand , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la Northwestern University, qui n'a pas participé à la recherche.

La nouvelle soudure a été développée par des chercheurs dirigés par Aïnissa ramirez , professeur de génie mécanique à l'université de Yale, nommé le Examen de la technologie Liste TR35 des jeunes innovateurs en 2003. La soudure tire à la fois sa force et ses propriétés magnétiques des particules de fer en suspension dans le mélange.

Une partie de la motivation pour développer la soudure, dit Ramirez, est réglementaire. De nombreux pays, dont le Japon et les membres de l'Union européenne (mais pas les États-Unis), ont interdit l'importation d'électronique contenant du plomb. Cependant, les meilleures alternatives à la soudure étain-plomb ne sont pas aussi solides et elles ont tendance à avoir un point de fusion beaucoup plus élevé. La chaleur nécessaire pour faire fondre la soudure peut mettre en danger les structures électroniques délicates des puces informatiques. D'autres groupes de recherche ont développé des soudures composites qui incorporent des particules d'oxyde ou de métal pour une résistance supplémentaire. Nous avons décidé d'ajouter des particules métalliques magnétiques non seulement pour augmenter la résistance, mais aussi pour donner de nouvelles propriétés, explique Ramirez.

Le résultat est un alliage étain-argent qui contient une dispersion de particules de fer de plusieurs dizaines de micromètres de diamètre. Lorsqu'un champ magnétique est appliqué aux soudures, deux choses se produisent. Tout d'abord, les particules de fer s'échauffent, faisant fondre localement la soudure. Ce chauffage localisé, qui fonctionne sur le même principe que les poêles à induction, reste totalement confiné, gardant l'environnement frais au frais. Et deuxièmement, les particules de fer s'alignent avec la direction du champ magnétique, pressant et poussant le liquide dans cette direction. Cet alignement est conservé lorsque la soudure se solidifie, et les particules bien ordonnées fournissent un renforcement mécanique supérieur à celui offert par une dispersion régulière de particules.

C'est un gros problème de pouvoir déplacer un liquide comme celui-ci, dit Dunand. Vous vous attendriez à ce que les particules refont surface, pas qu'elles entraînent le liquide avec elles.

Ramirez pense que la soudure peut fournir un meilleur moyen d'établir des connexions électriques entre les couches des puces tridimensionnelles. Aujourd'hui, les interconnexions entre les puces empilées sont réalisées en perçant chimiquement un trou dans le silicium et en enduisant ses côtés de cuivre. La tension superficielle du cuivre encourage la soudure à remonter à travers le trou, mais le processus a ses limites. Ils espèrent que la soudure arrachera les parois en cuivre, dit Ramirez, mais il existe de nombreuses possibilités d'échec et le processus de revêtement en cuivre est coûteux. En revanche, la soudure magnétique peut être tirée à travers le silicium en utilisant un aimant relativement faible. Notre processus est très bon marché, dit-elle.

Ramirez dit qu'elle a été en conversation avec des fabricants de puces intéressés et qu'elle pourrait commercialiser la soudure via Adhera Technologies , une startup basée à New York.

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