(PhysOrg.com) - Pesquisadores da Chalmers demonstraram que dois chips empilhados podem ser interconectados verticalmente com vias de nanotubos de carbono através dos chips. Este novo método melhora as possibilidades de integração 3D de circuitos, uma das abordagens mais promissoras para a miniaturização e promoção do desempenho da eletrônica.

A integração tridimensional é um campo quente dentro da eletrônica, pois oferece uma nova maneira de empacotar componentes densamente e, assim, construir minúsculos, unidades funcionando bem. Ao empilhar fichas verticalmente, a maneira mais eficaz de interconectá-los é por meio de interconexões elétricas que passam pelo chip (em vez de serem conectadas nas bordas) - conhecidas como vias de silício.

A indústria até agora tem usado principalmente cobre para este propósito; Contudo, o cobre tem várias desvantagens que podem limitar a confiabilidade da eletrônica 3D. Outro grande problema envolve o resfriamento quando os chips esquentam. As excelentes qualidades térmicas dos nanotubos de carbono podem desempenhar um papel decisivo nesse aspecto.

Assim, uma equipe de pesquisa da Chalmers está trabalhando com nanotubos de carbono como material condutor para vias de silício. Nanotubos de carbono - ou tubos feitos de grafeno cujas paredes têm apenas um átomo de espessura - serão os mais confiáveis ​​de todos os materiais condutores se for possível usá-los em larga escala. Esta é a opinião de Kjell Jeppsson, um membro da equipe de pesquisa.

"Potencialmente, nanotubos de carbono têm propriedades muito melhores do que cobre, tanto em termos de condutividade térmica quanto elétrica ”, ele diz. “Nanotubos de carbono também são mais adequados para uso com silício do ponto de vista puramente mecânico. Eles se expandem quase na mesma quantidade que o silício circundante, enquanto o cobre se expande mais, o que resulta em tensão mecânica que pode causar a quebra dos componentes. "

Os pesquisadores demonstraram que dois chips podem ser interconectados verticalmente com nanotubos de carbono por meio de silício via interconexões, e que os chips podem ser colados. Eles também demonstraram que o mesmo método pode ser usado para interconexão elétrica entre o chip e a embalagem.

O estudante de doutorado Teng Wang - que defende sua tese em 12 de dezembro - trabalhou na produção. Ele desenvolveu uma técnica para preencher as vias de silício com milhares de nanotubos de carbono. Os chips são então unidos com um adesivo para que os nanotubos de carbono entrem em contato direto e possam, assim, conduzir corrente através dos chips.

“Uma dificuldade envolve a produção de nanotubos de carbono com propriedades perfeitas e com o comprimento que precisamos para atravessar o chip, "diz ele." Produzimos tubos com 200 micrômetros de comprimento, que pode ser comparado ao diâmetro que é de apenas 10 nanômetros. Suas propriedades, Contudo, ainda não são perfeitos. "

Para que o método seja transferido para a produção industrial, a temperatura de fabricação precisa ser reduzida a um máximo de 450 graus. Este é um grande desafio, uma vez que os nanotubos de carbono são atualmente "crescidos" a um mínimo de 700 graus.

Se for bem sucedido, possibilidades inteiramente novas surgirão para o encolhimento futuro da eletrônica - principalmente em termos de desempenho aprimorado. A integração tridimensional usando vias de silício fornece transferências de sinal significativamente mais rápidas do que a integração tradicional, onde os chips são colocados um ao lado do outro. Além disso, as vias de silício com nanotubos de carbono proporcionam uma produção menos cara em comparação com a tecnologia atual que usa interconexões de cobre.

“Existem vários projetos envolvendo integração 3D em andamento na indústria, mas existem problemas potenciais com resfriamento e confiabilidade, uma vez que usam cobre, "diz Kjell Jeppsson." Se nosso método funcionar em grande escala, Acredito que ele estará em produção dentro de cinco anos. "