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Pilot line for micro-transfer-printing of functional components on wafer level

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La transferencia de masa a través de sellos elastoméricos permite la fabricación a escala industrial de microelectrónica integrada tridimensional

La producción de circuitos integrados en obleas semiconductoras revolucionó la industria electrónica. La próxima revolución podría llegar con la transferencia de alto rendimiento y la integración de múltiples microdispositivos en otros sustratos con una tecnología que se asemeja a un sello de caucho.

Tecnologías industriales

Los circuitos integrados o «chips» reemplazaron los componentes discretos y las uniones soldadas de la electrónica convencional con muchos elementos de circuito en una oblea semiconductora. Este cambio facilitó una funcionalidad creciente, un rendimiento mayor, tamaños considerablemente menores y un peso y consumo de energía menores. También redujo drásticamente los residuos y los costes de producción y ensayo. Los circuitos integrados fotónicos tienen el mismo efecto sobre los dispositivos ópticos y la optoelectrónica. Dado que cada vez se pide un mayor rendimiento, es necesario contar con un nuevo modo de trabajar para lograr el escalado de dispositivos y reducir costes. He aquí la integración heterogénea, que une componentes diferentes y fabricados por separado en una plataforma común en lo que se denomina sistema en paquete o SIP (por sus siglas en inglés). El proyecto MICROPRINCE, financiado con fondos europeos, creó una cadena piloto de fundición con la que lograr una integración heterogénea basada en una de las técnicas más prometedoras desarrolladas en los últimos tres lustros. Una cartera diversa de demostradores facilitará a los innovadores la labor de prepararse para la producción de sus dispositivos innovadores en campos multidisciplinarios.

Un sello de caucho para casi cualquier tipo de «papel»

El aumento de la complejidad de los componentes o productos, aumenta también la probabilidad de generar fallos, desperdicios y costes y reduce la producción. Integrar varios «chiplets» o subsistemas es más práctico y económico que producir sistemas monobloque. Uno de los métodos más prometedores es la impresión por microtransferencia (μTP), también llamada transferencia masiva. La μTP se sirve de un sello elastomérico para mover a la vez miles de «chiplets» o dispositivos a microescala fabricados en obleas de un sustrato a otro, de un modo similar a cómo se transfiere la tinta desde un tampón al papel. La técnica se utilizaba hasta ahora sobre todo en laboratorios de investigación científica.

Flexibilidad demostrada para las futuras aplicaciones de alta tecnología

MICROPRINCE estableció una línea piloto de μTP en la sala limpia de X-FAB MEMS Foundry y presentó cuatro productos de alta tecnología. Estos fueron placas Hall de arseniuro de galio para sensores de corriente de nueva generación, filtros de respuesta ocular humana para sensores de luz ambiental, ledes de nitruro de galio para módulos de iluminación ambiental en automoción y fotodiodos de fosfuro de indio en circuitos fotónicos de silicio. Estos productos se utilizaron en demostradores funcionales de sensores de luz ambiental, controladores/paquetes de iluminación ambiental en automóviles y espectrómetros infrarrojos fotónicos de silicio integrados. Según Sebastian Wicht, coordinador de MICROPRINCE y director del programa de impresión por transferencia en X-FAB MEMS Foundry: «además de la creación de la línea piloto µTP, los desarrollos de procesos genéricos supusieron un espaldarazo para el excelente potencial de µTP en cuanto a su integración tridimensional de alta capacidad, rendimiento y precisión de la alineación. Demostramos capacidades de impresión o transferencia de hasta el 99 %, con desalineaciones inferiores a 1,0 µm. Los dispositivos de tamaños tan pequeños como 100 µm por 100 µm por 5 µm se transfirieron y apilaron con eficacia en matrices diana de semiconductores complementarios del óxido de metal».

Embalaje en paralelo a gran escala y rendimiento superior sin apenas residuos

µTP permite transferir miles de microdispositivos en un solo paso con una precisión excelente y un rendimiento muy alto a un coste relativamente bajo. Supera a otras tecnologías de vanguardia en la reducción del tamaño del paquete y elimina casi por completo los residuos de materiales y elementos caros. Wicht concluye: «MICROPRINCE facilitó la aplicación industrial de µTP en entornos de integración tridimensional y heterogénea. Contribuirá al desarrollo de productos innovadores con un rendimiento superior, menores tamaños de paquete e incluso funcionalidades nuevas en campos como la producción industrial o de consumo y la biomedicina». Se anima a los clientes interesados a ponerse en contacto con X-FAB MEMS Foundry para que sugieran ideas para aplicaciones nuevas en el ámbito de la producción.

Palabras clave

MICROPRINCE, µTP, integración heterogénea, línea piloto, sensores, oblea, integración tridimensional, circuito fotónico, sello elastomérico, impresión por microtransferencia, transferencia masiva, sistema en paquete

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