Druckbare Dielektrika für RF, Bonding in heterogener Integration
Willkommen zu dieser Ausgabe unseres Technologie-Newsletters mit dem Schwerpunkt auf additiver Elektronik.
Ein kleiner Hinweis: Die Plätze für den Meisterkurs und die Besichtigungstour, die vor unserer Eröffnungskonferenz und -ausstellung in Eindhoven (Future of Electronics RESHAPED | 12-13 OCT 2022) stattfinden, sind fast ausgebucht. Wir sind jetzt in Kontakt mit dem Veranstaltungsort, um zu sehen, ob zusätzliche Plätze freigegeben werden können. Wir empfehlen Ihnen, Ihren Platz so schnell wie möglich zu reservieren.
Themen für diese Woche: EHDjet-gedruckte QDs auf Mikro-LEDs | R2R-Einschritt-Tiefdruck-Perowskit-Photovoltaik | Tiefdruck-Mikrobumps für Mikro-LEDs | 3600ppi-Vollfarb-"Silizium"-Displays | Laser in Mikro-LEDs | Druckbare Dielektrika für RF- und MW-Geräte | Pitch-Skalierung und Bonding in der heterogenen Integration | Mikrofluidik und elektrohydrodynamischer Druck | Graphen auf dem Markt: Überwindung regulatorischer Barrieren.
RGB-Mikro-LEDs mit hohem Leistungsumfang, gedruckte Elektronik und Quantenpunkte?
Die drei Themen sind eng miteinander verknüpft, da QDs digital als Farbkonversionsmaterialien auf blaue microLEDs gedruckt werden können, um RGB uLED-Displays mit großem Farbumfang zu ermöglichen, ohne dass ein separater Übertragungsschritt für jede Farbe erforderlich ist. Nehmen Sie an der TechBlick-Veranstaltung zu microLEDs teil und erfahren Sie mehr www.TechBlick.com/microLED
Inkjet ist die übliche Technologie, die zu diesem Zweck untersucht wurde. Wie im Folgenden von Prof. Armin Wedel gezeigt wird, ist das 4pL-Tropfenvolumen jedoch zu groß, so dass bestenfalls ein 40um-Pixel und nicht einmal 850 dpi erreicht werden können.
Das elektrohydrodynamische Drucken (EHD) kann dieses Problem jedoch lösen. Bei EHD werden die Tröpfchen durch ein elektrisches Feld aus einer Düse herausgezogen, die sich nahe (etwa 50 um) an der Oberfläche befindet und daher eine gute Druckeinrichtung erfordert.
Wie unten dargestellt, beträgt das Tröpfchenvolumen nur 0,5 pL, was im Labor 1-10 um Pixel und reproduzierbar 15 um ermöglicht. Damit kann man 850ppi und 1000ppi erreichen!
Folie 2 zeigt ein Beispiel eines QD-Farbfilters (QD-CF) für ein microLED-Display, das mit EHDJet abgeschieden wurde. Hier wird ein Abstand von 15 um angegeben, wodurch 1000 ppi erreicht werden. Der Fahrplan sieht vor, die Technologie bis zu 2000 ppi weiterzuentwickeln!
Dies sind hervorragende Fortschritte in der Kunst und Technologie, die den Weg für die Entwicklung von High-PPI-MicroLED-Technologie ebnen.
Natürlich ist der EHDJet eine relativ neue Technologie. Sie besteht hauptsächlich aus einem Druckkopf und ist langsam, obwohl sich Mehrkopfdruckköpfe abzeichnen. Nichtsdestotrotz ist es eine elegante Lösung für die Aufbringung von Farbfiltern auf microLED-Displays mit hohem PPI.
Um das Neueste über diese Technologien zu erfahren, schließen Sie sich TechBlick's Fachveranstaltung über microLEDs und Quantum Dots an, auf der auch Prof. Wedel sprechen wird: www.TechBlick.com/microLED
Sie können von Unternehmen wie Samsung, Sharp, Yole, ASMP, Coherent, Nanosys, CEA, AUO, Allos Semiconductor, KIMM, Luxnour, Omdia, Playnitride, micromac und vielen anderen hören
R2R-Tiefdruck von Perowskit-Photovoltaik in einem einzigen Schritt ohne Antisolierungsmittel?
Dies wäre ein großer Schritt in Richtung Industrialisierung. Hier erörtern wir den Übergang vom 2-Schritt-Druck über den 1-Schritt-Druck mit Antisolventen zum 1-Schritt-Druck ohne Antisolventen. Riikka Suhonen et al. diskutierten die neuesten Entwicklungen auf der TechBlick-Veranstaltung im Dezember 2022. Hier ist eine Zusammenfassung
2-Schritt-Ansatz: Im Allgemeinen basieren die meisten Ansätze auf einem 2-Schritt-Druck, bei dem das Bleijodid (aus PbI2-DMSO-Tinte) zunächst im Tiefdruckverfahren auf eine gedruckte SnO2-NP-Schicht gedruckt und dann getrocknet wird. Das DSMO wird dann in einem Wasser-Isopropanol-Verfahren abgewaschen, und die verbleibende poröse Schicht wird in ein zweites chemisches Verfahren zur Bildung von MAPbl3 getaucht. Die R2R-Pilotversuche ergeben einen PCE-Wert von 9,7 %. Dieser Ansatz erfordert zwei chemische Schritte, was den Prozess verlangsamt. Darüber hinaus ist die Handhabung der porösen Pbl3-Schicht in der R2R-Umgebung schwierig und die Onzeration zu FA- oder FACs-Perowskiten eine Herausforderung
1-Schritt-Druck + Antisolvet: Das Standard-Antisolvent ist Ether, der jedoch aufgrund seiner hohen Flüchtigkeit nicht gedruckt werden kann. Daher wurden große Anstrengungen unternommen, um ein Antisolvens zu entwickeln, das industriell gedruckt werden kann und umweltfreundlich ist. VTT et al. entwickelten das tBuOH:EA-System. Auf diese Weise erzielten sie im Tiefdruckverfahren gedruckte R2R-Perowskite mit einer Effizienz von 13,8 %. Dies ist eine elegante Lösung. Dennoch besteht der Wunsch, den Schritt der Antisolierung zu eliminieren, da er einen Sprüh- oder Badschritt zusammen mit den Lösungsmitteldämpfen erfordert.
1-Schritt-Druck: Hier wurde Stärke als Rheologiemodifikator mit einem Perowskit-Präkursor verwendet, der eine viskose Tinte bildet, mit der sich gut definierte Muster drucken lassen. In diesem R2R-"Labor" zum Drucken von MAPb3I-Tinten auf Stärkebasis wurden IR-Temperung und Heißluft-Temperung eingesetzt. Die ersten Laborversuche ergaben ein Spitzenergebnis von 9,9 % PCE. Dies ist noch ein frühes Entwicklungsstadium, zeigt aber, dass mit dem R2R-Tiefdruck in nur einem Schritt vernünftige Wirkungsgrade erzielt werden können!
Natürlich befinden sich diese Ergebnisse noch im Anfangsstadium. Die Lebensdauer bleibt ein Thema und ein Entwicklungsbereich. Nichtsdestotrotz ist dies ein wichtiger Bereich, den man weiter beobachten sollte.
Wir werden in Kürze das Programm für die TechBlick-Veranstaltung 2022 über organische, Perowskit- und Tandem-Photovoltaik bekannt geben.
Im Tiefdruckverfahren gedruckte Mikrobumps für Mikro-LEDs
Da Mikro-LEDs unweigerlich schrumpfen, werden die Anforderungen an das Mikro-Bumping für die Mikro-LED-Dies immer anspruchsvoller. Der Wafer-Direktdruck auf der Grundlage von Tiefdruck-Offsetverfahren bietet hier eine vielversprechende Lösung. Dies ist in der Tat ein weiterer Bereich, in dem gedruckte Elektronik eine Rolle spielen kann.
Komori hat kürzlich hervorragende Ergebnisse erzielt, die auf der kommenden microLED-Veranstaltung von TechBlick vom 30. November bis 1. Dezember 2022 vorgestellt werden: www.TechBlick.com/microLED
Wie in den folgenden Dias zu sehen ist, kann der Tiefdruck Mikrobumps drucken, die mit Flussmittelpaste gedruckt werden, wobei eine Druckgenauigkeit von 5 µm in einem Bereich von 300 mm erreicht wird. Die ersten Folien zeigen die Präzision der Druckposition auf einem Wafer. Insbesondere wird ein Vergleich mit dem Siebdruck angestellt, der zeigt, wie der Tiefdruck die Fähigkeit zum Drucken feiner Merkmale im Vergleich zum Siebdruck verbessert (+/-10 um, obwohl auch der Siebdruck eine Verbesserung erreichen kann und wird).
Wie in Folie zwei gezeigt, beträgt der Mindestdurchmesser, der mit SAC-Lotpaste (Sn, Ag, Cu) gedruckt werden kann, 6 μm und der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Bumps 30 μm. Das Reflow-Verfahren ist mit einem Mindestdurchmesser von 10 µm erfolgreich gewesen. Auf diese Weise kann z. B. ein Mikro-LED-Die in der Größe von 30 um mal 50 oder 80 um unterstützt werden.
Darüber hinaus bietet diese Technik, wie in Folie drei gezeigt, die Möglichkeit, die Dicke durch das Drucken verschiedener Durchmesser zu steuern. Je kleiner der Bump-Durchmesser ist, desto höher ist das Seitenverhältnis.
Dies sind sehr gute Ergebnisse, die die Machbarkeit der Tiefdrucktechnik für Mikrobumps zeigen. Diese Technologie kann die aktuellen und kurzfristigen Generationen von Mikro-LEDs unterstützen, aber wird sie sich längerfristig weiterentwickeln, wenn die Mikro-LEDs weiter schrumpfen?
Schließen Sie sich Komori und anderen Mitgliedern der Gemeinschaft an, um mehr über alle Aspekte der Mikro-LEDs zu erfahren, von der GaN-Mikro-LED-Technologie über die Transfer- und Kacheltechnologie bis hin zur Bumping- und Farbumwandlungstechnologie und darüber hinaus. Sie werden von Vertretern von Samsung, Sharp, Yole, ASMP, Coherent, Nanosys, CEA, AUO, Allos Semiconductor, KIMM, Luxnour, Omdia, Playnitride, micromac und vielen anderen hören.
"Silizium"-Displays mit unglaublichen 3600ppi Vollfarbe unter Verwendung von microLED- und QD-Technologie?
Sharp (HIRANO Yasuakie et al) wird aus Japan zu uns stoßen, um diese Technologie auf der kommenden TechBlick-Veranstaltung über Mikro-LEDs und Quantenpunkte zu erläutern (www.TechBlick.com.microLEDs).
Wie auf der folgenden Folie zu sehen ist, werden die ersten rein blauen uLEDs auf einem Saphirsubstrat hergestellt. Dabei enthält ein LED-Array 352 x 198 Mikro-LED-Dies mit einer Größe von 24 um x 8 um. Parallel dazu wird ein LSI-Chip, der die Ansteuerungsschaltung enthält, auf einem Siliziumwafer hergestellt. Hier werden die Kathode (N-Typ-Elektrode) und die Anode (P-Typ-Elektrode) für jeden Mikro-LED-Die hergestellt, um eine unabhängige Ansteuerspannung an jeden Die anzulegen. Die Au-Bump-Elektroden werden in Übereinstimmung mit dem Abstand der LED-Dies hergestellt. Die beiden Substrate werden im Flip-Chip-Verfahren mit Au-Au-Bonding verbunden. Hier kann man bereits die Parallele zur Silizium- und Optoelektronikindustrie erkennen (im Gegensatz zur traditionellen Dünnschicht-Displayindustrie!). Anschließend wird die Saphirschicht per Laser-Lift-off entfernt. Schließlich werden Cd-freie Quantenpunkte (grün und rot) auf die microLED-Dies aufgebracht, um eine R-G-Farbumwandlung zu ermöglichen. Auf diese Weise erhält man RGB-Farben.
Die Architektur des Bauelements ist auf Folie 2 dargestellt - hier sieht man die Lage der GaN uLED-Dies, der Au-Bumps sowie der lichtabschirmenden Wände und Quantenpunkte (QDs). Auf diese Weise entsteht ein Vollfarb-Display mit 1.053 ppi.
Aufgrund der geringen Größe der emittierenden Fläche von uLEDs ist die Helligkeit jedoch gering. Eine innovative Lösung besteht darin, von einzelnen Kathodenelektroden auf eine gemeinsame umzusteigen und so mehr Platz für uLEDs zu schaffen. Wie in Folie drei gezeigt, konnte die Lichtemission in einem Pixel von 23 % auf 38 % verbessert werden. Dadurch wurde eine Helligkeit von 11 Knits erreicht. Dies ist ein ausgezeichneter Fortschritt. Natürlich ist das noch nicht das Ende der Fahnenstange, denn selbst bei 11 Knit ist die Helligkeit noch nicht ausreichend für AR-Anwendungen im Freien.
Kommen Sie mit uns und Ihren Branchenkollegen vom 30. NOV - 1. DEZ 2022 zu unserer allerersten spezialisierten microLED- und QD-Veranstaltung und erfahren Sie mehr über diese Technologie von Yasuakie-san et al: www.TechBlick.com/microLED
Wie helfen Laser bei der Produktion von MicroLED-Displays?
Siehe Folien unten, um mehr zu erfahren. Eine der größten Herausforderungen bei der Herstellung von uLED-Displays ist der Übertragungsschritt angesichts der Anforderungen an Geschwindigkeit und Ertrag. Wie in den folgenden Folien von Oliver Haupt von Coherent Inc. gezeigt wird, können Laser in diesem Schritt eine wichtige Rolle spielen, sowohl wenn alle drei Farben (R G B) microLEDs als auch wenn nur blaue microLEDs übertragen werden müssen.
Um mehr zu erfahren, besuchen Sie TechBlick's erste Fachveranstaltung über microLEDs am 30 NOV - 1 Dec, wo Oliver diese Technologie vorstellen wird www.TechBlick.com/microLED
Der Prozessablauf für beide Fälle ist unten dargestellt. Bei RGB-Mikro-LEDs wird zunächst ein temporärer Träger auf dem Saphir-Substrat befestigt, auf dem GaN uLEDs gezüchtet werden. Mit dem Laser Lift Off (LLO) wird das Saphirsubstrat abgelöst und der Trägerwafer mit den abgelösten GaN-MikroLEDs freigegeben. Anschließend werden die einzelnen Mikro-LEDs mit kontrollierten UV-Spots auf das endgültige Substrat mit den aktiven TFT-Backplane-Schichten aufgebracht. Dieser Prozess kann dreimal wiederholt werden, jedes Mal für eine andere uLED-Farbe. Bei allen Schritten ist natürlich eine ausgezeichnete und optimierte Steuerung des Laserprofils/der Laserparameter in Übereinstimmung mit den richtigen Klebstoffeigenschaften erforderlich.
Bei rein blauen Mikro-LEDs wird das endgültige Backplane-Substrat mit dem GaN-Saphir-Substrat in Kontakt gebracht. Die GaN uLEDs werden über den LLO-Prozess auf das endgültige Substrat übertragen. Die Dreifarbigkeit wird dann durch Farbkonvertierung, z. B. durch QDs oder kleine Leuchtstoffe, erreicht.
Die Ergebnisse zeigen das Beispiel der RGVB-Übertragung von microLEDs. Die Parameter sind auf der Folie dargestellt, einschließlich der Größe der microLED, des Abstandes, der Laserenergiedichte, des Donor-Empfänger-Abstandes usw. Es kann gezeigt werden, dass mit jedem Schuss eine andere Farbe übertragen wird. In drei Aufnahmen sind also alle R G B microLEDs an der richtigen Stelle platziert! Wie die Teilmenge in Folie 2 zeigt, kann der Laser in jedem Schritt/Schuss eine Fläche von etwa 2,83 cm2 bearbeiten.
Wenn Sie mehr erfahren möchten, besuchen Sie unsere Weltklasse-Veranstaltung über Mikro-LEDs und QDs. Mehr Informationen auf www.techblick.com/microLEDs
Heterogene Integration ist der Schlüssel zur Zukunft der Datenverarbeitung
Hier ist der begrenzende Faktor häufig die Verbindungsdichte (Pitch) sowie die Bandbreite und der Energieverbrauch der E/A.
In dem Maße, in dem wir uns auf Plattformen zubewegen, bei denen mehrere Chips, möglicherweise von verschiedenen Herstellern, in ein und dasselbe Gehäuse integriert werden, wird dieses Problem extrem wichtig, da die Kommunikation von Chip zu Chip zum Engpass wird.
Die erste Folie unten stammt von Intel und wurde von Dr. Sabi auf einer Konferenz im September 2021 online präsentiert. Hier können Sie die geplante Entwicklung der Technologie sehen. Zunächst wurde die EMIB eingeführt. Hier dient eine Siliziumbrücke mit <55um Abstand als kleine (2x2mm bis 8x8mm) Kommunikationsverbindung zwischen zwei separaten Dies in einem Gehäuse. Dieser Ansatz ist eine Alternative zur Standard-Silizium-Interposer-Technologie.
Als Nächstes wurde die Foveros-Plattform entwickelt, die eine direkte Integration von Chips verschiedener Hersteller in ein einziges Gehäuse ermöglicht, die alle über einen Silizium-Basislogikchip verbunden sind. Wie Sie sehen können, wird sich diese Technologie mit einer aggressiven Skalierung der Abstände und einem potenziellen Übergang zum direkten Cu-zu-Cu-Bonden von Mikrobumps weiterentwickeln.
Die zweite Folie zeigt diesen Trend noch deutlicher. Sie zeigt die Entwicklung der Verbindungsabstände im Zuge der fortschreitenden heterogenen Integration. Die gängige Technologie ist Flip-Chip-BGA (FCBGA). Hier ist der Abstand auf etwa >120um begrenzt. Als nächstes wurde EMIB eingeführt. Hier konnte der Abstand dank der Siliziumbrückentechnologie auf 55 um reduziert werden. Jetzt gibt es Fovereos, das auf der Die-on-Wafer-Technologie basiert. Die nächste Generation wird auf HBI oder Hybrid Bonding basieren.
Diese heterogenen Integrationsplattformen können die Integration von Chips aus verschiedenen Foundries ermöglichen. Die Herausforderung besteht jedoch darin, dass jede Foundry ihre eigenen E/A-Designs hat, was eine einfache Kompatibilität erschwert. Es ist hilfreich, wenn die Industrie gemeinsame Standards entwickelt, um eine Plug-and-Play-Lösung zu ermöglichen.
Die dritte Folie zeigt die Notwendigkeit des Übergangs zum Cu-Cu-Bonden. Wie das linke Diagramm zeigt, können Mikrobumps auf Lötbasis die Technologie bis etwa 15-20 um unterstützen. Jenseits dieses Pitch-Levels wird ein Übergang zum Cu-Cu-Bonden notwendig. Mit diesem Übergang besteht die Möglichkeit, die Bumpdichte auf über 10000/mm2 zu erhöhen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, damit die E/A-Größe und -Bandbreite die Gesamtsystemleistung in komplexen Multidie-Gehäusen nicht einschränken.
Aber wird das alles ausreichen? Die vierte Folie zeigt die Notwendigkeit des Übergangs vom Cu-Bonding zur optischen E/A-Technologie. Wie die Tabelle zeigt, kann die optische E/A (OIO) die Shoreline-Dichte um den Faktor 4 erhöhen und 1,6 Tb/s/mm erreichen. Außerdem wird die Energieeffizienz um etwa 35 % verbessert.
Wie auf der fünften und letzten Folie gezeigt wird, muss diese Technologie weiterentwickelt werden. Die aktuelle (September 2021) Demonstration war für eine On-Package-OIO, die >1 Tpbs/mm bei 6 pJ/Bit erreichen kann. Das Ziel ist eine vollständig integrierte OIO, die 10 Tbps/mm bei nur 1 pJ/Bit erreichen kann.
Heterogene Integration ist DER Technologiebereich, den es zu beobachten gilt Babak Sabi
Herausforderung: druckbare dielektrische Materialien für RF- und MW-Geräte?
Das dielektrische Material ist oft der Engpass bei vollständig gedruckten Hochleistungs-HF- und MW-Bauteilen. Diese Herausforderung wird oft vernachlässigt, da der Schwerpunkt hauptsächlich auf der leitenden Schicht liegt. In der Tat ist die Entwicklung eines geeigneten verlustarmen, digital druckbaren dielektrischen Materials mit hoher und kontrollierbarer Auflösung eine technische Herausforderung. In diesem 3-minütigen Video erklärt Yuri Piro von der University of Massachusetts Lowell, warum dies eine Herausforderung ist:
"Es ist schwierig, ein unpolares Material zu finden, das man an Ort und Stelle mit niedrigen Verarbeitungsbedingungen und geringer Polarität formen kann, und man kann diese konventionellen Ansätze wirklich nicht verwenden."
Mikrofluidik und elektrohydrodynamisches Drucken (EHD)?
EHD ist eine vielversprechende Digitaldrucktechnologie, die die Auflösungsgrenzen des Tintenstrahldrucks überschreitet. Die meisten Beispiele zeigen elektronische oder displaybezogene Anwendungen.
In einem kürzlich gehaltenen TechBlick-Vortrag (siehe Folie 1) zeigte Dr. Aart-Jan Hoeven jedoch ein Beispiel aus der Mikrofluidik, bei dem EHD einen größeren Wert darstellen könnte. Hier könnte diese Technologie eine Verkleinerung der Elektrodenbreiten oder -abstände von 30-40 um (möglich mit industriellem Tintenstrahl) auf vielleicht 1-5 um unter Verwendung von EHD ermöglichen und damit Platz sparen. Dies wird den Trend zur Miniaturisierung der Mikrofluidik unterstützen und es ermöglichen, sie sogar in den menschlichen Körper zu integrieren.
Auf Folie 2 ist der Nanodrucker von DoMicro BV im Labormaßstab genauer zu sehen. Er ist in der Lage, ultrafeine Merkmale digital aufzubringen! Dieser DM50-ENP-Drucker stößt auf großes Interesse und wurde im Rahmen des Projekts E-Nanoprint-Pro entwickelt.
[This is automatically translated from English]
