RF用プリンタブル誘電体、異種集積回路におけるボンディング
今週の技術ニュースレターは、アディティブ・エレクトロニクスにフォーカスしてお届けします。
ハウスキーピングノート: アイントホーフェンでの初開催のカンファレンスと展示会の前に行われるマスタークラスとツアースペース。 (エレクトロニクスの未来RESHAPED | 12-13 OCT 2022)はほぼ満席です。現在、会場と連絡を取り、追加でスペースを確保できるかどうか確認中です。お早めのご予約をお勧めいたします。
今週のトピックス: EHDジェットによるマイクロLEDのQD印刷｜R2Rシングルステップグラビア印刷ペロブスカイト太陽電池｜グラビア印刷マイクロバンプによるマイクロLED｜3600ppiフルカラー「シリコン」ディスプレイ｜マイクロLEDにおけるレーザー｜RFおよびMWデバイス用印刷可能誘電体｜異種集積におけるピッチスケーリングと接合｜マイクロ流体力学と電気流体力学印刷｜グラフェンを市場に：規制障壁を打ち破るには？
高精細RGBマイクロLED、プリンテッドエレクトロニクス、量子ドット？
QDを青色マイクロLEDの上に色会話材料としてデジタル印刷することで、色ごとに個別の転写工程を必要とせずに広色域のRGB uLEDディスプレイを実現できるため、この3つのテーマは密接に結びついています。TechBlickのmicroLEDに関するイベントに参加し、さらに詳しく知ることができます。www.TechBlick.com/microLED
このような目的で検討される一般的な技術として、インクジェットがあります。によって以下に示すように アーミン・ヴェーデル教授, しかし、4pLの液滴では大きすぎて、せいぜい40umの画素しか描画できず、850dpiにも届かない。
しかし、EHD（Electrohydrodynamic Printing）は、この問題を解決することができます。EHDでは、液滴は表面に近い（50um程度）ノズルから電界によって引き出されるため、優れた印刷設備が必要とされます。
下図に示すように、液滴の体積はわずか0.5pLであり、ラボでは1～10umの画素、再現性では15umを実現することができます。これにより、850ppiや1000ppiを達成することができます。
スライド2は、EHDJetで成膜したマイクロLEDディスプレイ用QDカラーフィルタ（QD-CF）の例です。ここでは、15umピッチで1000ppiを達成したと報告されています。ロードマップは、2000ppiまで進化させる予定です。
これらは、高PIマイクロLED技術開発への道を開く、芸術と技術の素晴らしい進歩です。
もちろん、EHDJetは比較的新しい技術です。マルチヘッドも登場していますが、シングルヘッドが主流で速度も遅いです。しかし、高PIマイクロLEDディスプレイにカラーフィルターを蒸着するためのエレガントなソリューションです。
これらの技術に関する最新情報は、TechBlickのマイクロLEDと量子ドットの専門イベントでご覧いただけます。www.TechBlick.com/microLED
Samsung、Sharp、Yole、ASMP、Coherent、Nanosys、CEA、AUO、Allos Semiconductor、KIMM、Luxnour、Omdia、Playnitride、micromac、その他多くの企業から話を聞くことができる。
R2Rグラビア印刷でペロブスカイト太陽電池を抗溶剤なしで1工程で印刷？
これは工業化に向けた大きな一歩となる。ここでは、2ステップ印刷から、抗溶剤を用いた1ステップ印刷、抗溶剤を用いない1ステップ印刷への移行について説明する。 リッカ・スホネン（でRiikka Suhonenらが最新動向を議論した。 TechBlickの のイベントを2022年12月に開催します。以下はその概要です。
2ステップのアプローチ 一般に、ほとんどのアプローチは2段階印刷に基づいており、まずヨウ化鉛（PbI2-DMSOインクから）を印刷されたSnO2 NPs層上にグラビア印刷し、次に乾燥させる。次に、DSMOを水とイソプロパノールの経路で洗い流し、残りの多孔質層を化学的な第2経路に浸してMAPbl3を形成する。パイロット版R2Rでは、9.7%のPCEが得られた。この方法では、2つの化学的工程が必要なため、プロセスが遅くなる。さらに、多孔質Pbl3層の取り扱いはR2R環境では難しく、FA-またはFACs-ペロブスカイトへの浸漬は困難である。
1ステップ印刷＋溶解防止剤：溶解防止剤の標準はエーテルですが、揮発性が高いため印刷できません。そのため、工業的に印刷が可能で、かつ環境に優しい溶解防止剤の開発に多大な努力を払ってきた。VTTらは、tBuOH:EA系を開発した。この方法で、彼らは13.8%の効率で完全なR2Rグラビア印刷ペロブスカイトを達成した。これはエレガントなソリューションである。しかし、スプレーや浴の工程が必要になり、溶剤の煙も発生するため、抗溶剤の工程をなくすことが望まれている。
1ステップ印刷。ここでは、ペロブスカイト前駆体とレオロジー調整剤としてデンプンを使用し、粘性のあるインクを形成して、明確なパターンを印刷することができるようにしました。このR2Rラボでは、澱粉ベースのMAPb3Iインクを印刷する際、IRアニールと熱風アニールを行いました。最初の実験では、PCE 9.9%というチャンピオン結果を示した。これはまだ初期段階の開発ですが、R2Rグラビア印刷でたった1ステップで合理的な効率を達成できることを示しています。
もちろん、この結果は初期段階のものです。寿命は依然として課題であり、発展途上の分野である。とはいえ、この分野は今後注目すべき重要な分野です。
2022年に開催されるTechBlickの有機EL、ペロブスカイト、タンデム型太陽光発電に関するイベントの議題は、近日中に発表される予定です。
グラビア印刷によるマイクロLED用微細バンプ
マイクロ LED の小型化に伴い、マイクロ LED 用金型のマイクロバンピング要件はより困難になっています。この点、グラビアオフセット技術を用いたウェーハベースのダイレクトプリントは、有望な解決策となります。この分野もプリンテッドエレクトロニクスが活躍できる分野です。
小森は、最近優れた結果を達成しました。この結果は、2022年11月30日から12月1日に開催されるTechBlickのマイクロLEDイベントで発表される予定です。 www.TechBlick.com/microLED
以下のスライドにあるように、グラビア印刷では、フラックスペーストで印刷した微細バンプを、300mmの範囲で5μmの印刷精度を実現することができます。最初のスライドは、ウェーハ上の印刷位置の精度を示したものです。特にスクリーン印刷との比較で、グラビア印刷の方がスクリーン印刷よりも微細な印刷ができることがわかります（±10umですが、スクリーン印刷でも可能ですし、今後も可能です）。
スライド2のように、SAC（Sn、Ag、Cu）ソルダーペーストで印刷可能な最小径は6μm、バンプ中心間距離は30μmです。リフローは最小径10μmで成功しています。こうすることで、例えば30um×50umや80umのサイズのマイクロLEDのチップに対応することができます。
さらに、スライド3に示すように、この技術では、いくつかの直径を印刷することで厚みを制御することも可能です。バンプ径を小さくすればするほど、アスペクト比が高くなります。
このように、マイクロバンプのグラビア印刷技術の有効性を示す、非常に素晴らしい結果となっています。この技術は、現在および近い将来の世代のマイクロLEDをサポートすることができますが、長期的には、マイクロLEDのダイがさらに縮小するにつれて進化するのでしょうか？
GaN マイクロ LED 技術から転写・タイリング技術、バンピング・色変換技術など、マイクロ LED のあらゆる側面について、小森や他のコミュニティーのメンバーと一緒に学びましょう。Samsung、Sharp、Yole、ASMP、Coherent、Nanosys、CEA、AUO、Allos Semiconductor、KIMM、Luxnour、Omdia、Playnitride、micromac、などなど、多くの企業から話を聞くことが可能です。
マイクロLEDとQD技術で3600ppiの驚異的なフルカラーを実現した "シリコン "ディスプレー？
マイクロLEDと量子ドットに関するイベント「TechBlick」で、日本からシャープ（平野康明氏他）が参加し、この技術について説明する予定です。 (www.TechBlick.com.microLEDs).
下のスライドに示すように、最初に青色のみのuLEDをサファイア基板上に形成しています。ここでは、1つのLEDアレイに24 um x 8 umサイズの352 x 198個のマイクロLEDダイを使用しています。これと並行して、駆動回路を含むLSIチップをシリコンウェハー上に形成する。ここでは、各マイクロLEDダイに独立に駆動電圧を印加するために、カソード（N型電極）とアノード（P型電極）をそれぞれ作製しています。Auバンプ電極は、LEDチップのピッチに合わせて作製します。2枚の基板は、Au-Auボンディングでフリップチップ接合されています。ここですでに、シリコンやオプトエレクトロニクス産業（従来の薄膜ディスプレイ産業とは異なる！）との並行関係を見ることができる。次に、レーザーリフトオフにより、サファイア層を除去する。最後に、Cdを含まない量子ドット（緑と赤）をマイクロLEDのダイの上に蒸着し、RGBの色変換を可能にする。このようにして、RGBカラーを実現します。
デバイスの構造をスライド2に示します。ここでは、GaN uLEDダイ、Auバンプ、遮光壁、量子ドット（QD）の位置を確認することができます。このようにして、1,053ppiのフルカラーディスプレイが形成されます。
しかし、uLEDは発光面積が小さいため、輝度が低いという問題がある。そこで、カソードの駆動電極を個別から共通にすることで、uLEDの搭載スペースを確保するという画期的な解決策を講じた。スライド3に示すように、1画素の発光量が23%から38%に向上しました。その結果、11ニットの明るさを達成しました。これは素晴らしい進歩です。もちろん、11ニットでも屋外用ARアプリケーションにはまだ十分な輝度ではないので、最終戦ではありません。
2022年11月30日～12月1日に開催される初のmicroLEDとQDの専門イベントに参加し、Yasuakieさんらからこの技術についてもっと話を聞いてみませんか？: www.TechBlick.com/microLED
MicroLEDディスプレイの生産にレーザーはどう役立つのか？
以下のスライドをご覧ください。uLEDディスプレイの製造における最大の課題は、スピードと歩留まりを要求される搬送工程です。以下のスライドにあるように オリバー・ハウプト から コヒーレント社., レーザーは、3色（R G B）のマイクロLEDをすべて転送する場合にも、青色のマイクロLEDのみを転送する場合にも、このステップで重要な役割を果たすことができる。
11月30日～12月1日に開催されるTechBlickのマイクロLEDに関する初の専門イベントに参加し、オリバーがこの技術について発表する予定です。www.TechBlick.com/microLED
両者のプロセスフローは以下の通りです。RGBマイクロLEDの場合、まずサファイア基板に仮のキャリアを貼り付け、その上にGaN uLEDを成長させます。レーザーリフトオフ（LLO）によりサファイア基板の接合を解除し、キャリアウェハとGaNマイクロLEDを分離します。次に、制御されたUVスポットで、個々のマイクロLEDをTFTアクティブバックプレーン層を持つ最終基板上に放出する。この工程は3回繰り返すことができ、毎回異なる色のuLEDを作成することができる。もちろん、どの工程でも、レーザーのプロファイルやパラメーターを最適に制御し、適切な接着剤材料の特性と調和させることが必要である。
青色のみのマイクロLEDの場合、最終的にバックプレーン基板をGaNサファイア基板に接触させます。GaN uLEDは、LLOプロセスを経て最終基板に転写される。その後、QDや小型蛍光体などの色会話により、3色機能を実現する。
結果は、microLED RGVBの転写の例を示しています。スライドには、マイクロLEDのサイズ、ピッチ、レーザーエネルギー密度、ドナー-レシーバー距離などのパラメータが示されています。ショットごとに異なる色が転写されていることがわかります。このように、3回のショットですべてのR G BマイクロLEDが正しい位置に配置されました。スライド2のサブセットにあるように、レーザーは各ステップ/ショットでおよそ2.83cm2の面積を処理することができます。
マイクロLEDとQDに関する世界的なイベントに参加することで、より詳しく知ることができます。詳細はこちら www.techblick.com/microLEDs
ヘテロジニアスインテグレーションがコンピューティングの未来を切り開く
ここで、制限となるのは、多くの場合、インターコネクトの密度（ピッチ）、I/Oの帯域幅とエネルギー消費量です。
実際、複数のダイ（異なるファウンドリの可能性もある）をすべて同じパッケージに統合するプラットフォームに移行すると、ダイ間通信がボトルネックになるため、この問題は非常に重要になります。
下の最初のスライドは、Intelが2021年9月にオンラインで開催したカンファレンスでSabi博士が発表したものです。ここでは、この技術の意図する進化を見ることができます。まず、EMIBが発売されました。ここでは、<55umピッチのシリコンブリッジが、パッケージ内の2つの別々のダイ間の小型(2x2mm～8x8mm)通信リンクとして機能する。この方法は、標準的なシリコンインターポーザー技術に代わるものである。
次に、Foverosプラットフォームが開発され、異なるファウンドリのダイをシリコンベースのロジックダイを介して接続し、1つのパッケージに対面して統合することが可能になりました。このように、この技術は積極的なピッチ縮小と、マイクロバンプから Cu-to-Cu のダイレクトボンディングへの移行の可能性によって発展していくでしょう。
2枚目のスライドでは、この傾向をさらに詳しく説明しています。これは、異種混載の進展に伴うインターコネクトピッチの進化を示したものです。一般的な技術は、フリップチップBGA（FCBGA）です。ここでのピッチは120um超程度が限界です。次に、EMIBが登場した。ここでは、シリコンブリッジ技術により、ピッチは55umに縮小された。現在では、ダイ・オン・ウェハ技術に基づくFovereosがあります。次世代は、HBI（ハイブリッド・ボンディング）がベースとなるでしょう。
これらの異種集積プラットフォームは、異なるファウンドリのダイを集積することが可能です。しかし、ファウンドリごとにI/O設計が異なるため、簡単に互換性を持たせることが難しいという課題があります。プラグアンドプレイを可能にする共通規格を開発することは、業界にとって有益なことです。
3番目のスライドは、Cu-Cuボンディングへの移行の必要性を示しています。左の図にあるように、はんだベースのマイクロバンプは、15-20um程度までは対応可能です。このピッチを超えると、Cu-Cuボンディングへの移行が必要になってきます。この移行に伴い、バンプ密度を10000/mm2以上まで高めることが可能になります。これは、複雑なマルチダイパッケージにおいて、I/Oサイズと帯域幅がシステム全体の性能を制限しないようにするために重要なことです。
しかし、これでいいのでしょうか？4枚目のスライドは、Cuボンディングから光I/O技術への移行の必要性を示しています。表が示すように、光I/O（Optical I/O）はショアライン密度を4倍に高め、1.6Tb/s/mmに到達させることができます。また、電力効率も約35％向上する。
最後に、最後の5枚目のスライドにあるように、この技術は進化していく必要があります。現在（2021年9月）のデモは、1Tpbs/mm超、6pJ/bitを達成できるオンパッケージのOIOでした。目標は、10Tbps/mm @ 1pJ/bitの会話を実現する完全集積型OIOです。
ヘテロジニアスインテグレーションは注目すべき技術分野です。 ババク・セイビ
課題：RFおよびMWデバイスのための印刷可能な誘電体材料？
誘電体材料は，高性能な RF および MW デバイスを完全に印刷する際のボトルネックとなることがよくあります。これは、主に導電層に重点が置かれているため、軽視されがちな課題である。実際、高解像度で制御可能な低損失のデジタル印刷可能な誘電体材料の開発は、技術的な課題となっています。この3分間のビデオでは, ユーリ・ピロ から マサチューセッツ大学ローウェル校 は、なぜそれが難しいのかを説明しています。
"ですから、低処理条件、低極性でその場で形成できる非極性材料を考え出すことは難しく、本当にこれらの従来のアプローチは使えません。"
マイクロ流体工学とEHD（Electrohydrodynamic Printing）？
EHDは、インクジェットの解像度の限界を超えるデジタル印刷技術として期待されています。多くの事例では、電子機器やディスプレイ関連のアプリケーションを紹介しています。
しかし、最近の テックブリック トークは、スライド1のように, Aart-Jan Hoeven博士 は、EHDが価値を発揮できるマイクロ流体工学の例を示しました。この技術では、電極の幅やピッチを30〜40μm（産業用インクジェットで可能）から、EHDでは1〜5μm程度に狭めることができ、省スペース化が可能になります。これは、マイクロ流体工学の小型化の流れを支え、人体への組み込みも可能にします。
スライド2にて DoMicro BV の実験室規模のナノプリンターをより詳しく見ることができます。超微細な形状をデジタルで成膜することができるのです。このDM50-ENPプリンターは、E-Nanoprint-Proプロジェクトの一環として開発され、大きな関心を集めています。 [This is automatically translated from English]
