Si 3600ppi Diélectriques imprimables pour la RF, Collage dans l'intégration hétérogène
Bienvenue dans l'édition de cette semaine de notre bulletin d'information technologique, consacré à l'électronique additive.
Une remarque d'ordre administratif : les espaces réservés aux masterclass et aux visites guidées qui auront lieu avant notre conférence et exposition inaugurales à Eindhoven (Future of Electronics RESHAPED | 12-13 OCT 2022) sont presque complets. Nous sommes actuellement en contact avec le lieu de la conférence pour voir si des espaces supplémentaires peuvent être libérés. Nous vous recommandons de réserver votre place dès que possible.
Sujets pour cette semaine : QDs imprimés par EHDjet sur microLEDs | Photovoltaïque perovskite imprimé par gravure en une seule étape R2R | Microbilles imprimés par gravure pour microLEDs | Ecrans "silicium" couleur 3600ppi | Lasers dans les microLEDs | Diélectriques imprimables pour dispositifs RF et MW | Mise à l'échelle du pas et collage dans l'intégration hétérogène | Microfluidique et impression électrohydrodynamique | Mise sur le marché du graphène : faire tomber les barrières réglementaires.
MicroLEDs RVB à haute IPP, électronique imprimée et points quantiques ?
Ces trois thèmes sont étroitement liés puisque les QD peuvent être imprimés numériquement comme matériaux de conversation des couleurs sur des microLED bleues pour permettre des affichages uLED RVB à large gamme de couleurs sans nécessiter une étape de transfert distincte pour chaque couleur. Participez à l'événement TechBlick sur les microLEDs pour en savoir plus. www.TechBlick.com/microLED
Le jet d'encre est la technologie la plus couramment étudiée à cette fin. Cependant, comme le montre le professeur Armin Wedel ci-dessous, sa gouttelette de 4pL est trop grosse, permettant au mieux un pixel de 40um et ne pouvant même pas atteindre 850 dpi.
L'impression électrohydrodynamique (EHD) peut toutefois résoudre ce problème. Dans l'EHD, les gouttelettes sont tirées par un champ électrique à partir d'une buse qui se trouve à proximité (environ 50 um) de la surface et nécessite donc une bonne installation d'impression.
Comme indiqué ci-dessous, le volume des gouttelettes n'est que de 0,5 pL, ce qui permet d'obtenir des pixels de 1 à 10 um en laboratoire et de 15 um de manière reproductible. Cela permet d'atteindre 850ppi et 1000ppi !
La diapositive 2 montre un exemple de filtre coloré QD (QD-CF) pour un écran microLED déposé par EHDJet. Ici, un pas de 15um est rapporté, permettant d'atteindre 1000ppi. La feuille de route sera de faire évoluer la technologie vers même 2000ppi !
Il s'agit là d'excellentes avancées artistiques et technologiques, qui ouvrent la voie au développement de la technologie microLED à haute PPI.
Bien sûr, l'EHDJet est une technologie relativement nouvelle. Elle est principalement à tête unique et lente, bien que des têtes d'impression à têtes multiples fassent leur apparition. Néanmoins, il s'agit d'une solution élégante pour déposer des filtres de couleur sur les écrans microLED à haute IPP.
Pour en savoir plus sur ces technologies, rejoignez l'événement spécialisé de TechBlick sur les microLED et les Quantum Dots, où le professeur Wedel sera également présent : www.TechBlick.com/microLED
Vous pourrez entendre des représentants de Samsung, Sharp, Yole, ASMP, Coherent, Nanosys, CEA, AUO, Allos Semiconductor, KIMM, Luxnour, Omdia, Playnitride, micromac, et bien d'autres encore.
L'impression en héliogravure R2R de cellules photovoltaïques en pérovskite en une seule étape sans antisolvants ?
Ce serait une étape majeure vers l'industrialisation. Ici, nous discutons de la transition entre l'impression en 2 étapes, l'impression en une étape avec antisolvant et l'impression en une étape sans antisolvant. Riikka Suhonen et al ont discuté des derniers développements lors de l'événement TechBlick en décembre 2022. En voici un résumé
Approche en deux étapes : En général, la plupart des approches sont basées sur une impression en 2 étapes dans laquelle l'iodure de plomb (de l'encre PbI2-DMSO) est d'abord imprimé en héliogravure sur une couche imprimée de NPs SnO2, puis séché. Le DSMO est ensuite éliminé par lavage dans un parcours d'eau et d'isopropanol et la couche poreuse restante est plongée dans un second parcours chimique pour former le MAPbl3. Les essais R2R "pilotes" donnent un PCE de 9,7 %. Cette approche nécessite deux étapes chimiques, ce qui ralentit le processus. En outre, la manipulation de la couche poreuse de Pbl3 est difficile dans l'environnement R2R et l'oncersion en FA- ou FACs-perovskite est un défi.
Impression en une étape + antisolvant : l'antisolvant standard est l'éther, mais il ne peut être imprimé en raison de sa grande volatilité. Par conséquent, des efforts considérables ont été déployés pour développer un antisolvant qui pourrait être imprimé industriellement et qui serait respectueux de l'environnement. VTT et al ont développé le système tBuOH:EA. Ils ont ainsi obtenu des pérovskites entièrement imprimées par gravure R2R avec une efficacité de 13,8 %. Il s'agit d'une solution élégante. Néanmoins, il est souhaitable d'éliminer l'étape de l'antisolvant car elle nécessitera une étape de pulvérisation ou de bain ainsi que des émanations de solvant.
Impression en 1 étape : Ici, ils ont utilisé de l'amidon comme modificateur de rhéologie avec un précurseur de pérovskite, formant une encre visqueuse qui peut être utilisée pour imprimer des motifs bien définis. Dans ce "laboratoire" R2R d'impression d'encres MAPb3I à base d'amidon, ils ont utilisé le recuit IR et le recuit à l'air chaud. Les premiers essais en laboratoire ont donné un résultat exceptionnel de 9,9 % de PCE. Il s'agit encore d'un développement précoce, mais il montre que des rendements raisonnables peuvent être obtenus en utilisant l'impression hélio R2R en une seule étape !
Of course - these results are early stage. Lifetime remains an issue and development area. Nonetheless, this is an important field to watch further.
Nous annoncerons bientôt le programme de l'édition 2022 de l'événement TechBlick sur les photovoltaïques organiques, pérovskites et tandem.
Microbilles imprimées en héliogravure pour microLEDs
Comme les microLEDs rétrécissent inévitablement en taille, les exigences de micro-bossage pour les matrices de microLEDs deviennent plus difficiles. L'impression directe sur tranche basée sur les techniques d'héliogravure offset offre une solution prometteuse à cet égard. En effet, c'est un autre domaine où l'électronique imprimée peut jouer un rôle.
Komori a récemment obtenu d'excellents résultats, qui seront dévoilés lors du prochain événement microLED de TechBlick, du 30 novembre au 1er décembre 2022.: www.TechBlick.com/microLED
Comme on peut le voir dans les diapositives ci-dessous, l'impression en héliogravure permet d'imprimer des microbilles imprimées à l'aide de pâte de flux, en atteignant une précision d'impression de 5 µm dans une plage de 300 mm. Les premières diapositives montrent la précision de la position d'impression sur un wafer. En particulier, elles la comparent à la sérigraphie, montrant comment l'héliogravure améliore la capacité d'impression de détails fins par rapport à la sérigraphie (+/-10 um, bien que la sérigraphie puisse également progresser).
Comme le montre la deuxième diapositive, le diamètre minimum qui peut être imprimé avec la pâte à braser SAC (Sn, Ag, Cu) est de 6 μm et la distance entre les centres des bosses est de 30 μm. La refusion a donné de bons résultats avec un diamètre minimum de 10 µm. De cette façon, par exemple, une puce microLED de la taille de 30um par 50 ou 80um peut être supportée.
En outre, comme le montre la troisième diapositive, cette technique offre également la possibilité de contrôler l'épaisseur en imprimant plusieurs diamètres. Plus le diamètre de la bosse est petit, plus le rapport d'aspect est élevé.
Ce sont de très bons résultats, qui montrent la viabilité de la technique d'impression en héliogravure pour les microbosses. Cette technologie peut prendre en charge les générations actuelles et à court terme de microLEDs, mais évoluera-t-elle à plus long terme avec le rétrécissement des matrices de microLEDs ?
Rejoignez Komori et d'autres membres de la communauté pour découvrir tous les aspects des microLEDs, de la technologie GaN microLED à la technologie de transfert et de tuilage, en passant par la technologie de conversion des couleurs et au-delà. Vous pourrez entendre des représentants de Samsung, Sharp, Yole, ASMP, Coherent, Nanosys, CEA, AUO, Allos Semiconductor, KIMM, Luxnour, Omdia, Playnitride, micromac, et bien d'autres encore.
Des écrans "siliconés" avec un incroyable 3600ppi en couleur utilisant la technologie microLED et QD ?
Sharp (HIRANO Yasuakie et al) nous rejoindra du Japon pour expliquer cette technologie lors du prochain événement TechBlick sur les microLEDs et les points quantiques. (www.TechBlick.com.microLEDs).
Comme le montre la diapositive ci-dessous, les premières uLEDs uniquement bleues sont formées sur un substrat en saphir. Ici, un réseau de LED contient 352 x 198 puces de micro LED d'une taille de 24 um x 8 um. En parallèle, une puce LSI contenant le circuit de commande est formée sur une plaquette de silicium. Ici, la cathode (électrode de type N) et l'anode (électrode de type P) sont fabriquées pour chaque puce de micro LED afin d'appliquer une tension de commande indépendamment à chaque puce. Les électrodes à bosses en Au sont fabriquées en fonction du pas des puces de DEL. Les deux substrats sont reliés par flip-chip à l'aide d'un collage Au-Au. Ici, on peut déjà voir le parallèle avec l'industrie du silicium et de l'optoélectronique (par opposition à l'industrie traditionnelle des écrans à couche mince !) Ensuite, la couche de saphir est enlevée par laser lift-off. Enfin, des points quantiques sans Cd (vert et rouge) sont déposés sur les puces microLED pour permettre la conversion des couleurs R G. De cette façon, on obtient des couleurs RGB. De cette façon, on obtient des couleurs RGB.
L'architecture du dispositif est présentée dans la diapositive 2, où l'on peut voir l'emplacement des puces GaN uLED, des bosses Au, ainsi que des parois de protection contre la lumière et des points quantiques (QD). De cette façon, un écran couleur de 1 053 ppi est formé.
Cependant, étant donné la petite taille de la zone émissive des uLEDs, la luminosité est faible. Une solution innovante consiste à remplacer les électrodes de cathode de commande individuelles par une électrode commune, ce qui libère davantage d'espace pour les uLED. Comme le montre la troisième diapositive, l'émission de lumière dans un pixel a été améliorée de 23 % à 38 %. En conséquence, une luminosité de 11 tricots a été atteinte. Il s'agit d'un excellent progrès. Bien entendu, il ne s'agit pas de la partie finale, car même à 11 nœuds, la luminosité n'est pas encore suffisante pour les applications de RA en extérieur.
Rejoignez-nous, ainsi que vos pairs de l'industrie, du 30 novembre au 1er décembre 2022, lors de notre tout premier événement spécialisé dans les microLED et les QD, pour en savoir plus sur cette technologie grâce à Yasuakie-san et al : www.TechBlick.com/microLED
Comment les lasers aident-ils à la production d'écrans MicroLED ?
Voir les diapositives ci-dessous pour en savoir plus. L'un des plus grands défis de la production d'écrans uLED est l'étape du transfert, compte tenu des exigences de vitesse et de rendement. Comme le montrent les diapositives ci-dessous d'Oliver Haupt de Coherent Inc, les lasers peuvent jouer un rôle important dans cette étape, aussi bien lorsque les microLEDs de trois couleurs (R G B) que lorsque seules les microLEDs bleues doivent être transférées.
Pour en savoir plus, participez au premier événement spécialisé sur les microLEDs organisé par TechBlick du 30 novembre au 1er décembre, où Oliver présentera cette technologie. www.TechBlick.com/microLED
Le déroulement du processus dans les deux cas est présenté ci-dessous. Dans le cas des microLEDs RGB, un support temporaire est d'abord fixé au substrat de saphir sur lequel les uLEDs GaN sont cultivées. Un laser LLO (Laser Lift Off) est déployé pour décoller le substrat de saphir, libérant la tranche de support avec les microLEDs GaN détachées. Ensuite, des spots UV contrôlés sont utilisés pour libérer les microLEDs individuelles sur le substrat final contenant les couches actives du fond de panier du TFT. Ce processus peut être répété trois fois, chaque fois pour une couleur de uLED différente. Dans toutes les étapes, bien sûr, un contrôle excellent et optimisé du profil/paramètres du laser en harmonie avec les bonnes propriétés du matériau adhésif est nécessaire.
Dans le cas des microLEDs uniquement bleues, le substrat final du fond de panier est mis en contact avec le substrat saphir GaN. Les uLEDs en GaN sont transférées sur le substrat final via le processus LLO. La capacité à produire trois couleurs est ensuite obtenue par une conversation de couleur, par exemple des QD ou des phosphores de petite taille.
Les résultats montrent l'exemple du transfert des microLED RGVB. Les paramètres sont indiqués dans la diapositive, notamment la taille des microLED, le pas, la densité d'énergie laser, la distance donneur-récepteur, etc. On peut constater qu'une couleur différente est transférée à chaque tir. Ainsi, en trois coups, toutes les microLEDs R G B sont placées au bon endroit ! Comme le montre le sous-ensemble de la diapositive 2, le laser peut, à chaque étape/tirage, traiter une surface d'environ 2,83 cm2.
Pour en savoir plus, participez à notre événement de classe mondiale sur les microLEDs et les QDs. Plus d'informations sur www.techblick.com/microLEDs
L'intégration hétérogène est la clé de l'avenir de l'informatique
Dans ce cas, le facteur limitant est souvent la densité d'interconnexion (pas) ainsi que la bande passante et la consommation d'énergie des entrées/sorties.
En effet, à mesure que nous nous dirigeons vers des plates-formes où plusieurs puces, provenant potentiellement de différents fondeurs, sont toutes intégrées dans le même boîtier, la question devient extrêmement importante car la communication entre puces devient le goulot d'étranglement.
La première diapositive ci-dessous provient d'Intel et a été présentée par le Dr Sabi lors d'une conférence en ligne en septembre 2021. Vous pouvez y voir l'évolution prévue de la technologie. Tout d'abord, EMIB a été lancé. Ici, un pont en silicium avec des pas de <55um sert de petit (2x2mm à 8x8mm) lien de communication entre deux matrices séparées dans un boîtier. Cette approche est une alternative à la technologie standard d'interposition du silicium.
Vient ensuite le développement de la plate-forme Foveros, qui permet l'intégration face à face de puces provenant de différentes fonderies dans un seul boîtier, toutes reliées par une puce logique de base en silicium. Comme vous pouvez le constater, cette technologie va évoluer avec une mise à l'échelle agressive des pas et une transition potentielle vers une liaison directe Cu-Cu à partir de microbilles.
La deuxième diapositive illustre davantage cette tendance. Elle montre l'évolution du pas des interconnexions au fur et à mesure que l'intégration hétérogène progresse. La technologie courante est le flip chip BGA (FCBGA). Le pas est ici limité à environ >120um. Ensuite, la technologie EMIB a été lancée. Ici, le pas a été réduit à 55 um grâce à la technologie du pont de silicium. Maintenant, il y a Fovereos qui est basé sur la technologie "die on wafer". La prochaine génération sera basée sur le HBI ou collage hybride.
Ces plateformes d'intégration hétérogènes peuvent permettre l'intégration de puces provenant de différentes fonderies. Le problème est toutefois que chaque fonderie a ses propres conceptions d'E/S, ce qui rend la compatibilité difficile. Il est utile pour l'industrie de développer des normes communes pour permettre une solution plug-and-play.
La troisième diapositive montre la nécessité d'une transition vers le collage Cu-Cu. Comme le montre le graphique de gauche, les microbilles à base de soudure peuvent supporter la technologie jusqu'à environ 15-20um. Au-delà de ce niveau de pas, une transition vers le collage Cu-Cu devient nécessaire. Cette transition offre la possibilité d'augmenter la densité de bosse à plus de 10000/mm2. C'est essentiel pour que la taille et la largeur de bande des E/S ne limitent pas les performances globales du système dans les boîtiers complexes à plusieurs puces.
Mais tout cela suffira-t-il ? La quatrième diapositive montre la nécessité de passer de la liaison Cu à la technologie E/S optique. Comme le montre le tableau, l'E/S optique (OIO) peut multiplier la densité de la ligne de rive par un facteur 4, pour atteindre 1,6 Tb/s/mm. Elle améliorera également l'efficacité énergétique d'environ 35 %.
Enfin, comme le montre la cinquième et dernière diapositive, cette technologie devra évoluer. La démonstration actuelle (septembre 2021) portait sur une OIO sur boîtier capable d'atteindre >1Tpbs/mm @ 6 pJ/bit. L'objectif est une OIO entièrement intégrée capable d'atteindre 10 Tbps/mm à seulement 1 pJ/bit de conversation.
L'intégration hétérogène est L'espace technologique à surveiller babak sabi
Défi : matériaux diélectriques imprimables pour les dispositifs RF et MW ?
Le matériau diélectrique est souvent le goulot d'étranglement des dispositifs RF et MW haute performance entièrement imprimés. C'est un défi souvent négligé car l'accent est mis principalement sur la couche conductrice. En effet, le développement d'un matériau diélectrique approprié, à faible perte et imprimable numériquement avec une résolution élevée et contrôlée est un défi technique. Dans cette vidéo de 3 minutes, Yuri Piro, de l'université du Massachusetts Lowell, explique pourquoi il s'agit d'un défi :
"Il est donc difficile de trouver un matériau non polaire que l'on peut former sur place dans de faibles conditions de traitement et avec une faible polarité, et on ne peut vraiment pas utiliser ces approches conventionnelles."
Microfluidique et impression électrohydrodynamique (EHD) ?
L'EHD est une technologie d'impression numérique prometteuse qui permet de dépasser les limites de résolution du jet d'encre. La plupart des exemples montrent des applications liées à l'électronique ou aux écrans.
Cependant, dans un récent exposé TechBlick, comme le montre la diapositive 1, le Dr Aart-Jan Hoeven a montré un exemple de microfluidique où la DHN pourrait apporter une valeur ajoutée. Ici, cette technologie pourrait permettre de réduire la largeur ou le pas des électrodes de 30-40um (possible avec le jet d'encre industriel) à peut-être 1-5um en utilisant la DHN, ce qui permettrait de gagner de l'espace. Cela soutiendra la tendance à la miniaturisation de la microfluidique, permettant même de l'intégrer dans le corps humain.
La diapositive 2 présente plus en détail la nano-imprimante de laboratoire de DoMicro BV. Elle est capable de déposer des éléments ultrafins par voie numérique ! Cette imprimante DM50-ENP suscite un grand intérêt et a été développée dans le cadre du projet E-Nanoprint-Pro. [This is automatically translated from English]
