que XTPL vous aidera à surmonter.
La fabrication additive (MA) offre d'énormes possibilités pour la fabrication des dispositifs microélectroniques de la prochaine génération, notamment en termes de coût et de simplicité. Pourtant, l'utilisation généralisée des techniques de fabrication additive pour la microfabrication se heurte à plusieurs obstacles. La tendance à la miniaturisation nécessite l'impression d'interconnexions ultra-minces et hautement conductrices sur des topographies 3D complexes et des substrats hétérogènes. La technologie d'impression de XTPL permet de relever ces défis. Nous démontrons le dépôt ultra-précis (UPD), une approche polyvalente pour imprimer des structures conductrices et non conductrices micrométriques sur divers substrats rigides et flexibles (voir : Łysień et al. Dépôt haute résolution de matériaux conducteurs et isolants à l'échelle micrométrique sur des substrats complexes. Sci Rep 12, 9327 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-13352-5). L'UPD permet le dépôt sans masque de pâtes d'argent, de cuivre et d'or hautement concentrées, jusqu'à 85 % en poids de contenu solide. La taille de l'élément imprimé peut être aussi petite que 1 µm, et la conductivité électrique maximale obtenue dans cette gamme est d'environ 45 % du matériau brut.
Le procédé UPD est basé sur une extrusion directe de l'encre par pression. L'optimisation simultanée de l'encre, de la buse d'impression et des paramètres du procédé permet d'extruder des encres à haute viscosité en utilisant des buses d'un diamètre aussi petit que 1 µm.
Grâce à ces caractéristiques, l'UPD permet d'obtenir des résultats hors de portée des autres techniques AM : 1) l'impression de topographies 3D pour l'emballage avancé ; 2) l'impression de structures pour les signaux à haute fréquence, par exemple, l'antenne sur puce et la communication 5G/6G ; 3) l'impression de dispositifs flexibles, comme les capteurs, en utilisant des matériaux à haute et à basse viscosité (10-2,5M cP) avec une large gamme de tailles de caractéristiques (1-200 um de largeur de ligne).
Emballage avancé : impression sur des topographies 3D
Défi : chute de conductivité sur les parois latérales à angle élevé
La possibilité d'imprimer des interconnexions 3D est particulièrement intéressante pour l'intégration de systèmes et le packaging, y compris l'électronique hybride (combinant les technologies imprimées et silicium). Par exemple, nous imprimons des lignes argentées répétables et continues d'une largeur de 15 µm sur une marche d'une hauteur de 150 µm. La hauteur de la marche est donc dix fois supérieure à la largeur des lignes. Nous surmontons ici un problème typique des autres techniques d'AM : le matériau ne s'écoule pas vers le bas lorsqu'il est imprimé sur des marches et peut être déposé directement sur une paroi verticale.
Des lignes argentées répétables et continues d'une largeur de 15 µm sont imprimées sur la marche d'une hauteur de 150 µm.
Le marché a clairement besoin d'une intégration hétérogène pour l'électronique hybride flexible haute performance qui combine l'électronique imprimée et la technologie du silicium. Le défi est l'intégration de puces ultra-minces (UTC) sur des feuilles flexibles car elles sont trop fragiles pour les méthodes de collage conventionnelles. À cet égard, les UTC imprimées sur le circuit imprimé flexible à l'aide du système de microdistribution de XTPL présentent des performances robustes dans des conditions de flexion, ce qui indique la grande fiabilité des méthodes d'amincissement des puces et de collage. La capacité d'imprimer de tels interconnecteurs en utilisant l'approche UPD a été démontrée avec succès dans la littérature (voir : Ma, S., Kumaresan, Y., Dahiya, A. S., Dahiya, R., Ultra-Thin Chips with Printed Interconnects on Flexible Foils. Adv. Electron. Mater. 2022, 0, 2101029. https://doi.org/10.1002/aelm.202101029) : pour fabriquer une puce MOSFET ultra-mince flexible, la puce amincie a été fixée à un PCB flexible et des interconnexions ont été imprimées entre la puce et le PCB. Ce travail a démontré la capacité de la technologie UPD à connecter des puces ultra-minces fragiles sans les endommager, ainsi que la capacité d'imprimer des interconnexions résistantes à la flexion sur des substrats flexibles.
Impression de structures pour les signaux haute fréquence
Défi : pertes de signaux haute fréquence dues à une mauvaise homogénéité géométrique et à une mauvaise intégrité de la structure.
Les échantillons imprimés à l'aide de l'UPD présentent des caractéristiques uniques importantes pour les applications à haute fréquence : une surface très lisse, une largeur de ligne constante et un espacement constant, ce qui limite les pertes de signal. Par conséquent, l'UPD obtient des avantages concurrentiels par rapport aux autres technologies de fabrication additive. L'impression par jet d'aérosol est limitée à un espace de 20 µm en raison de l'overspray. De plus, l'apparition des gouttelettes satellites autour de la ligne de signal imprimée produit un rayonnement sur le substrat. L'approche UPD de XTPL permet d'obtenir des structures imprimées adaptées aux signaux supérieurs à 300 GHz. Outre la limitation des écarts interlignes, les problèmes courants sont la rugosité élevée des structures déposées (limitant la fréquence de transmission) et la faible adhérence au substrat. L'UPD résout ces problèmes : les lignes d'argent imprimées sont lisses et l'adhérence à une large gamme de substrats est très élevée. Les types de substrat comprennent le verre, le silicium, les feuilles flexibles et le RO4003.
Exemple de lignes argentées imprimées sur une feuille PEN. La largeur de la ligne est de 3,2 µm et la distance interligne est de 0,7 µm (une vue éloignée de l'échantillon est dans l'encart).
Impression de dispositifs flexibles : capteurs
Défi : utiliser des matériaux à haute et à basse viscosité dans une seule méthode d'impression.
Les caractéristiques uniques de la technique UPD pour les applications de biodétection sont les suivantes : 1) dépôt de matériaux tiers à haute et à basse viscosité (adaptés aux matériaux fonctionnels et aux sondes biologiques) ; 2) aiguilles jetables et peu coûteuses, faciles à changer pour éviter toute contamination entre les différentes étapes de fonctionnalisation (par exemple, anticorps/éthanolamine/BSA) ; 3) réduction du coût des matériaux : dépôt de micro-zones ou de micropoints pour la fabrication de systèmes matriciels (comme les plaques ELISA), ce qui réduit la quantité de liquide biologique nécessaire.
Un exemple de conception pour les applications de biodétection.
L'approche UPD répond aux défis critiques de la fabrication de la microélectronique haute densité : l'impression haute résolution de divers matériaux sur des substrats complexes. La caractéristique essentielle de l'UPD est la possibilité d'imprimer des encres à haute viscosité à l'aide de buses dont le diamètre est de l'ordre du micromètre. Il est possible d'obtenir des structures de formes arbitraires, notamment des lignes, des points, des croix et des mailles. La taille de l'élément imprimé est aussi petite que 1 micromètre avec une conductivité électrique pouvant atteindre 45 % de la valeur brute. Grâce à ces caractéristiques, l'UPD peut devenir un outil indispensable pour le prototypage rapide et la microfabrication.
Conclusions
La technologie d'impression mise au point par XTPL permet de réaliser des applications qui ne peuvent pas être réalisées avec des méthodes soustractives connues et des cas d'utilisation pour lesquels d'autres approches additives ne peuvent pas répondre à toutes les exigences. En collaboration avec de solides partenaires industriels, XTPL est en train de mettre à l'échelle la technologie, en assurant la compatibilité de la solution avec les exigences d'automatisation de la production et de débit.
L'approche unique introduite par la XTPL est également disponible pour les centres de R&D et de prototypage (tant dans les entreprises que dans les universités) grâce au système d'impression Delta, qui est disponible commercialement depuis fin 2020 et dispose aujourd'hui d'un réseau d'utilisateurs en croissance rapide dans le monde entier. Le dispositif est très bien noté par les clients actuels en raison d'une très grande polyvalence des applications potentielles de la technologie, d'une grande liberté d'action avec le système d'impression et d'un support client exceptionnel offert par XTPL.
Contactez notre équipe sur xtpl.com ou sales@xtpl.com pour en savoir plus sur la technologie de dépôt ultra-précis et le système d'impression Delta ! [This is automatically translated from English]
