Una nueva técnica para reducir la disipación de calor en apilamientos de chips
La demanda de funcionalidad mejorada en dispositivos más pequeños y a menor precio ha impulsado la miniaturización dentro el sector de la microelectrónica. Seguir avanzando en la miniaturización requerirá un cambio drástico en el diseño, pero la superposición de distintas matrices de semiconductores requiere de una tecnología de unión fiable para conectarlas eléctricamente entre sí. Su integración requiere reducir la resistencia térmica para conseguir una mayor densidad de interconexión y fiabilidad de los dispositivos durante la carga termomecánica. La inexistencia de tal tecnología suponía un grave impedimento para el avance de la miniaturización, y ello animó a un grupo de científicos a iniciar el proyecto HYPERCONNECT (Functional joining of dissimilar materials using directed self-assembly of nanoparticles by capillary-bridging), dotado con fondos europeos. El equipo de HYPERCONNECT desarrolló un proceso pionero secuencial de formación de uniones. Igual que es necesario humedecer la arena para edificar un castillo estable, los apilamientos de chips se pueden consolidar integrando unos puentes capilares de agua diminutos. La técnica propuesta consiste en inyectar nanopartículas en un lecho fluidizado de estructuras micrométricas para crear rutas termoconductoras de un chip a otro. Cuando se evapora el fluido que contiene estas nanopartículas, éstas se acoplan a las zonas de contacto situadas entre las partículas de mayor tamaño. Las columnas resultantes entre las esferas micrométricas, formadas por los puentes capilares, permiten una disipación de calor más eficaz en los apilamientos de chips 3D. Este método de adición de una mezcla formada por líquidos y nanopartículas para conformar dichas columnas de disipación térmica se puede aplicar para apilar cientos de chips. De este modo se reduce el tamaño de los paquetes y el consumo energético, además de mejorar notablemente el ancho de banda. El proyecto HYPERCONNECT brindó una tecnología superior de unión de multimateriales, con una conductividad térmica multiplicada por diez y una fiabilidad multiplicada por cinco. Ello permite la obtención de nuevas arquitecturas de chips apilados tridimensionales y posibilita la continuidad de la miniaturización, poniendo a la UE en cabeza de una carrera de gran importancia económica.
Palabras clave
Disipación de calor, apilamiento de chips en 3D, tecnología de unión, HYPERCONNECT, puente capilar, nanotecnología y materiales avanzados, NMP
