La microstampa a trasferimento all’avanguardia raggiunge un’ampia compatibilità con le piattaforme
L’evoluzione dei sistemi intelligenti si basa su una combinazione di progressi tecnologici, quali funzionalità rafforzata e miniaturizzazione, che richiedono un’ulteriore integrazione di componenti. Idealmente questi dispositivi interconnessi dovrebbero essere creati mediante un posizionamento di precisione su un substrato (piattaforma), ma questo procedimento presenta una serie di sfide. La nuova tecnica di microstampa a trasferimento (micro-TP) offre una via da seguire in quanto è in grado di separare i materiali o i dispositivi essenziali presenti sui propri substrati nativi per poi trasferirli in una modalità «pick and place» su un nuovo substrato, con elevato grado di precisione. Questi dispositivi hanno uno spessore di solo pochi micrometri (un milionesimo di metro). Il progetto TOP HIT è stato creato per sviluppare e convalidare la tecnologia micro-TP che utilizza circuiti integrati fotonici (PIC, Photonic Integrated Circuits) su substrati in silicio per il settore delle comunicazioni. Ciò ha fornito indicatori del valore della tecnologia per i progettisti di sistemi e la produzione a basso costo. Il progetto ha anche dimostrato l’integrazione di circuiti elettronici molto compatti su substrati non in silicio, superando le precedenti barriere di incompatibilità tra le diverse piattaforme tecnologiche. Raggiungere l’integrazione sub-micrometrica I sistemi intelligenti, per loro stessa natura, integrano numerose funzionalità diverse, quali ad esempio rilevamento, attuazione, modulazione e segnalazione. Ma questo rappresenta una sfida per i progettisti visto che si basa su considerazioni elettriche, ottiche, termiche e meccaniche. Le connessioni ottiche sono particolarmente impegnative in quanto le guide d’onda devono essere allineate le une alle altre con precisione sub-micrometrica per le massime prestazioni. Trasferendo dispositivi estremamente sottili da una piattaforma wafer di origine a una piattaforma wafer di destinazione con la micro-TP, i dispositivi possono essere collegati utilizzando passaggi di redistribuzione metallici. Riducendo al minimo la spaziatura richiesta tra i componenti sul substrato di origine, rispetto al substrato di destinazione, il metodo aumenta notevolmente l’uso efficiente dei costosi materiali e dispositivi di origine. Come dice Brian Corbett, il coordinatore del progetto, «La tecnica può essere ingegnerizzata per adattarsi a un’ampia varietà di dispositivi e funziona meglio con componenti di dimensioni inferiori a 500 micrometri in dimensioni laterali, un regime in cui altri metodi sono in difficoltà. Il requisito principale è che le posizioni di ricezione siano localmente piatte, cosa che è possibile ottenere utilizzando uno strato di adesione di spessore sub-micrometrico». Sottosistemi elettronici efficienti offrono una vasta gamma di possibilità La tecnica è particolarmente promettente per le comunicazioni di dati in cui è richiesta una larghezza di banda elevata e un’alta densità di componenti interconnessi. La diffusione è inizialmente prevista in centri di elaborazione dati e quindi in reti di accesso (fibra ottica domestica), consentendo ricetrasmettitori ad alte prestazioni e a basso costo. Inoltre, la capacità della tecnica di combinare sorgenti luminose, rivelatori ed elettronica personalizzati in sottosistemi miniaturizzati ne consente l’utilizzo nella diagnostica medica (ad es. per applicazioni endoscopiche), nei sensori ambientali e nei display. Spiegando le possibilità per il mercato dei consumi, Corbett afferma: «Avendo lavorato per molti anni nella fotonica, sono consapevole della potenza dei laser per la fornitura di informazioni, specialmente per Internet. Ad oggi, tuttavia, la tecnologia non ha avuto lo stesso impatto sulle applicazioni di consumo. Una potente fotonica contenente sottosistemi a prezzi al consumo cambierà tutto questo». Finora le dimostrazioni di TOP HIT della tecnologia micro-TP sono state effettuate su piccoli volumi. Attualmente una linea pilota open source per l’integrazione di sistemi intelligenti micro-TP abilitati nel contesto di una fonderia per la produzione di semiconduttori è in corso attraverso il microprince.eu (progetto Microprince) nell’ambito del programma ECSEL. Ciò produrrà molte singole applicazioni da sviluppare ulteriormente. Il lavoro futuro dovrà anche sviluppare standard di produzione con regole di progettazione (quali kit di progettazione dei processi) su come interfacciarsi al meglio con la tecnologia di fonderia.
Parole chiave
TOP HIT, elettronica stampata, micrometri, micron, sistemi intelligenti, elettronica miniaturizzata, componenti fotonici, silicio, circuiti integrati, connessioni ottiche, comunicazioni dati
