Pantallas Si de 3600ppi Dieléctricos imprimibles para RF, Bonding en la integración heterogénea
Bienvenidos a la edición de esta semana de nuestro boletín tecnológico, centrada en la electrónica aditiva.
Una nota de orden: los espacios para las clases magistrales y las visitas que tendrán lugar antes de nuestra conferencia y exposición inaugural en Eindhoven (Future of Electronics RESHAPED | 12-13 OCT 2022) están casi llenos. Ahora estamos en contacto con el lugar de celebración para ver si se puede liberar espacio adicional. Le recomendamos que reserve su plaza lo antes posible.
Temas para esta semana: QDs impresos por EHDjet en microLEDs | Fotovoltaica de perovskita impresa en huecograbado de un solo paso R2R | Microbombas impresas en huecograbado para microLEDs | Pantallas de "silicio" a todo color de 3600ppi | Láseres en microLEDs Dieléctricos imprimibles para dispositivos de RF y MW | Escalado de paso y unión en la integración heterogénea | Microfluídica e impresión electrohidrodinámica | El grafeno al mercado: rompiendo las barreras regulatorias.
¿MicroLEDs RGB de alto PPP, electrónica impresa y puntos cuánticos?
Los tres temas están estrechamente relacionados, ya que los QD pueden imprimirse digitalmente como materiales de conversación de color sobre los microLED azules para permitir pantallas uLED de amplia gama de colores RGB sin necesidad de un paso de transferencia separado para cada color. Únase al evento de TechBlick sobre microLEDs para obtener más información www.TechBlick.com/microLED
La inyección de tinta es la tecnología habitual que se investiga para este fin. Sin embargo, como muestra el Prof. Armin Wedel, su gota de 4pL es demasiado grande, permitiendo en el mejor de los casos un píxel de 40um y no pudiendo alcanzar ni siquiera 850 dpi.
Sin embargo, la impresión electrohidrodinámica (EHD) puede resolver este problema. En la EHD, las gotas son arrastradas por un campo eléctrico desde una boquilla que se sitúa cerca (50um más o menos) de la superficie y, por tanto, requiere una buena instalación de impresión.
Como se muestra a continuación, el volumen de las gotas es de sólo 0,5pL, lo que permite obtener píxeles de 1-10um en el laboratorio y de 15um de forma reproducible. ¡Esto permitirá alcanzar 850ppi y 1000ppi!
La diapositiva 2 muestra un ejemplo de un filtro de color QD (QD-CF) para una pantalla microLED depositado mediante EHDJet. En este caso, se informa del paso de 15um, con lo que se consiguen 1000ppi. ¡La hoja de ruta será evolucionar la tecnología hacia incluso 2000ppi!
Se trata de excelentes avances de la técnica y la tecnología, que allanan el camino para el desarrollo de la tecnología microLED de alto PPI.
Por supuesto, EHDJet es una tecnología relativamente nueva. Es principalmente de un solo cabezal y lenta, aunque están surgiendo cabezales de impresión de varios cabezales. No obstante, es una solución elegante para depositar filtros de color en pantallas microLED de alto PPP.
Para conocer lo último sobre estas tecnologías, únase al evento especializado de TechBlick sobre microLEDs y Quantum Dots, en el que también participará el profesor Wedel: www.TechBlick.com/microLED
Podrá escuchar a empresas como Samsung, Sharp, Yole, ASMP, Coherent, Nanosys, CEA, AUO, Allos Semiconductor, KIMM, Luxnour, Omdia, Playnitride, micromac, y muchas más
¿Impresión en huecograbado de perovskita en un solo paso sin antisolventes?
Esto supondría un gran paso hacia la industrialización. Aquí se discute la transición de la impresión en dos pasos a la impresión en un paso con antisolvente y a la impresión en un paso sin antisolventes. Riikka Suhonen y otros hablaron de los últimos avances en el evento de TechBlick de diciembre de 2022. Aquí hay un resumen
Enfoque de 2 pasos: En general, la mayoría de los enfoques se basan en una impresión de 2 pasos en la que el yoduro de plomo (de la tinta PbI2-DMSO) se imprime primero en huecograbado sobre una capa impresa de NPs de SnO2 y luego se seca. A continuación, el DSMO se lava en una ruta de agua e isopropanol y la capa porosa restante se sumerge en una segunda ruta química para formar MAPbl3. Las ejecuciones "piloto" de R2R producen un PCE del 9,7%. Este enfoque requiere dos pasos químicos, lo que ralentiza el proceso. Además, la manipulación de la capa porosa de Pbl3 es difícil en el entorno R2R y la oncersión a la FA- o FACs-perovskita es un reto
Impresión en 1 paso + antisolvente: el antisolvente estándar es el éter, pero éste no puede imprimirse debido a su alta volatilidad. Por lo tanto, se ha hecho un gran esfuerzo para desarrollar un antisolvente que pueda imprimirse industrialmente y que sea respetuoso con el medio ambiente. VTT et al desarrollaron el sistema tBuOH:EA. De este modo, consiguieron perovskitas impresas en huecograbado totalmente R2R con una eficiencia del 13,8%. Se trata de una solución elegante. No obstante, se desea eliminar el paso del antisolvente, ya que requerirá un paso de pulverización o baño junto con los vapores del disolvente.
Impresión en 1 paso: Aquí utilizaron almidón como modificador reológico con el precursor de perovskita, formando una tinta viscosa que puede utilizarse para imprimir patrones bien definidos. En este "laboratorio" de R2R que imprime tintas MAPb3I basadas en almidón, utilizaron el recocido por infrarrojos y el recocido por aire caliente. Las primeras pruebas de laboratorio arrojaron un resultado de PCE del 9,9%. Se trata de un desarrollo todavía incipiente, pero demuestra que se pueden conseguir eficiencias razonables con la impresión de huecograbado R2R en un solo paso.
Por supuesto, estos resultados son incipientes. La vida útil sigue siendo un problema y un área de desarrollo. No obstante, se trata de un campo importante que hay que seguir observando.
Pronto anunciaremos la agenda de nuestra edición 2022 del evento de TechBlick sobre fotovoltaica orgánica, perovskita y en tándem.
Microbombas impresas en huecograbado para microLEDs
A medida que los microLEDs se reducen inevitablemente en tamaño, los requisitos de micro-bumping para las matrices de los microLEDs se vuelven más desafiantes. La impresión directa en obleas basada en técnicas de offset de huecograbado ofrece una solución prometedora a este respecto. De hecho, este es otro campo en el que la electrónica impresa puede desempeñar un papel importante.
Komori ha logrado recientemente excelentes resultados, que se darán a conocer en el próximo evento de microLED de TechBlick, que tendrá lugar del 30 de noviembre al 1 de diciembre de 2022: www.TechBlick.com/microLED
Como se puede ver en las siguientes diapositivas, la impresión en huecograbado puede imprimir microburbujas con pasta fundente, logrando una precisión de impresión de 5 µm en un rango de 300 mm. Las primeras diapositivas muestran la precisión de la posición de impresión en una oblea. En particular, se compara con la serigrafía, mostrando cómo la impresión en huecograbado adelanta la capacidad de impresión de rasgos finos con respecto a la serigrafía (+/-10 um aunque la serigrafía también puede avanzar y lo hará)
Como se muestra en la diapositiva dos, el diámetro mínimo que puede imprimirse con pasta de soldadura SAC (Sn, Ag, Cu) es de 6 μm y la distancia entre los centros de los topes es de 30 μm. El reflujo ha tenido éxito con un diámetro mínimo de 10 µm. De esta manera, por ejemplo, se puede soportar un troquel de microLED del tamaño de 30um por 50 u 80um.
Además, como se muestra en la tercera diapositiva, esta técnica también ofrece la posibilidad de controlar el grosor imprimiendo varios diámetros. Cuanto más pequeño sea el diámetro del bump, mayor será la relación de aspecto.
Se trata de unos resultados muy buenos, que demuestran la viabilidad de la técnica de impresión en huecograbado para los microbumps. Esta tecnología puede servir para las generaciones actuales y próximas de microLED, pero ¿evolucionará a medida que las matrices de los microLED sigan reduciéndose a largo plazo?
Únase a Komori y a otros miembros de la comunidad para conocer todos los aspectos de los microLEDs, desde la tecnología GaN microLED hasta la tecnología de transferencia y mosaico, pasando por la tecnología de bumping y de conversión de color, y mucho más. Podrá escuchar a empresas de la talla de Samsung, Sharp, Yole, ASMP, Coherent, Nanosys, CEA, AUO, Allos Semiconductor, KIMM, Luxnour, Omdia, Playnitride, micromac, y muchas más.
Pantallas de "silicio" con unos increíbles 3600ppi a todo color utilizando tecnología microLED y QD?
Sharp (HIRANO Yasuakie y otros) se unirá a nosotros desde Japón para explicar esta tecnología en el próximo evento de TechBlick sobre microLEDs y puntos cuánticos (www.TechBlick.com.microLEDs).
Como se muestra en la siguiente diapositiva, los primeros uLEDs de color azul se forman sobre un sustrato de zafiro. En este caso, una matriz de LEDs contiene 352 x 198 micropuntas de LEDs de 24 um x 8 um de tamaño. Paralelamente, en una oblea de silicio se forma un chip LSI que contiene los circuitos de accionamiento. El cátodo (electrodo de tipo N) y el ánodo (electrodo de tipo P) se fabrican para cada matriz de micro LED, con el fin de aplicar una tensión de accionamiento independiente a cada matriz. Los electrodos de Au se fabrican de acuerdo con el paso de las matrices de LED. Los dos sustratos se pegan con un flip-chip utilizando un adhesivo de Au-Au. Aquí ya se puede ver el paralelismo con la industria del silicio y la optoelectrónica (frente a la industria tradicional de pantallas de película fina). A continuación, se retira la capa de zafiro con un láser. Por último, se depositan puntos cuánticos sin Cd (verde y rojo) sobre las matrices de los microLED para permitir la conversión de color R G. De este modo se consiguen los colores RGB.
La arquitectura del dispositivo se muestra en la diapositiva 2- aquí se puede ver la ubicación de las matrices de GaN uLED, las protuberancias de Au, así como las paredes de protección de la luz y los puntos cuánticos (QD). De este modo, se forma una pantalla a todo color de 1.053 ppi.
Sin embargo, dado el pequeño tamaño del área emisora de los uLED, la luminosidad es baja. Una solución innovadora en este caso es pasar de los electrodos catódicos de conducción individuales a uno común, con lo que se liberan más espacios para los uLED. Como se muestra en la tercera diapositiva, la emisión de luz en un píxel se ha mejorado del 23% al 38%. Como resultado, se consiguió una luminosidad de 11 puntos. Se trata de un progreso excelente. Por supuesto, no es el juego final, ya que incluso con 11 puntos la luminosidad no es todavía suficiente para las aplicaciones de RA en exteriores.
Únase a nosotros y a sus colegas del sector del 30 de noviembre al 1 de diciembre de 2022 en nuestro primer evento especializado en microLED y QD para obtener más información sobre esta tecnología de la mano de Yasuakie-san et al: www.TechBlick.com/microLED
¿Cómo ayuda el láser en la producción de pantallas MicroLED?
Vea las diapositivas a continuación para aprender. Uno de los mayores retos de fabricación en la producción de pantallas uLED es el paso de transferencia, dados los requisitos de velocidad y rendimiento. Como se muestra en las siguientes diapositivas por Oliver Haupt de Coherent Inc., los láseres pueden desempeñar un papel importante en este paso, tanto cuando los tres colores (R G B) microLEDs y también cuando sólo microLEDs azul necesita ser transferido.
Para obtener más información, participe en el primer evento especializado en microLED de TechBlick, que tendrá lugar del 30 de noviembre al 1 de diciembre, y en el que Oliver presentará esta tecnología. www.TechBlick.com/microLED
A continuación se muestra el flujo del proceso en ambos casos. En el caso de los microLEDs RGB, primero se adhiere un soporte temporal al sustrato de zafiro sobre el que se cultivan los uLEDs de GaN. Se utiliza el láser Lift Off (LLO) para despegar el sustrato de zafiro, liberando la oblea portadora con los microLEDs de GaN desprendidos. A continuación, se utilizan puntos UV controlados para liberar los microLED individuales en el sustrato final que contiene las capas activas de la placa posterior del TFT. Este proceso puede repetirse tres veces, cada vez para un color de uLED diferente. En todos los pasos, por supuesto, se requiere un control excelente y optimizado del perfil/parámetros del láser en armonía con las propiedades adecuadas del material adhesivo.
En el caso de los microLED de color azul, el sustrato final de la placa base se pone en contacto con el sustrato de zafiro de GaN. Los uLED de GaN se transfieren al sustrato final mediante el proceso LLO. La capacidad de tres colores se consigue entonces mediante la conversación de colores, por ejemplo, QDs o fósforos de pequeño tamaño.
Los resultados muestran el ejemplo de transferencia de microLED RGVB. Los parámetros se muestran en la diapositiva, incluyendo el tamaño del microLED, el paso, la densidad de energía láser, la distancia donante-receptor, etc. Se puede observar que en cada disparo se transfiere un color diferente. Así, en tres disparos todos los microLEDs R G B se colocan en el punto correcto. Como muestra el subconjunto de la diapositiva 2, el láser puede procesar en cada paso/disparo un área de aproximadamente 2,83cm2.
Para saber más, únase a nuestro evento de categoría mundial sobre microLEDs y QDs. Más información en www.techblick.com/microLEDs
La integración heterogénea es la clave del futuro de la informática
En este caso, el factor limitante suele ser la densidad de interconexión (pitch), así como el ancho de banda y el consumo de energía de las E/S.
De hecho, a medida que avanzamos hacia plataformas en las que se integran en el mismo paquete múltiples troqueles, potencialmente de diferentes fundiciones, la cuestión se vuelve extremadamente importante porque la comunicación entre troqueles se convierte en el cuello de botella.
La primera diapositiva de abajo es de Intel, presentada por el Dr. Sabi en una conferencia en septiembre de 2021 en línea. Aquí se puede ver la evolución prevista de la tecnología. Primero se lanzó el EMIB. En este caso, un puente de silicio con pasos de <55um sirve como un pequeño (2x2mm a 8x8mm) enlace de comunicación entre dos troqueles separados en un paquete. Este enfoque es una alternativa a la tecnología estándar de interposición de silicio.
El siguiente paso fue el desarrollo de la plataforma Foveros, que permite la integración cara a cara de matrices de diferentes fundiciones en un único paquete, todas ellas conectadas a través de una matriz lógica de base de silicio. Como se puede ver, esta tecnología evolucionará con un escalado agresivo del paso y una posible transición a la unión directa de Cu a Cu a partir de los microbumps.
La segunda diapositiva muestra esta tendencia. Muestra la evolución del paso de interconexión a medida que avanza la integración heterogénea. La tecnología más común es el flip chip BGA (FCBGA). En este caso, el paso se limita a más de 120um. A continuación, se lanzó el EMIB. En este caso, el paso se redujo a 55um gracias a la tecnología de puente de silicio. Ahora existe Fovereos, que se basa en la tecnología die on wafer. La próxima generación se basará en HBI o unión híbrida.
Estas plataformas de integración heterogéneas pueden permitir la integración de troqueles de diferentes fundiciones. Sin embargo, el reto es que cada fundición tiene sus propios diseños de E/S, lo que dificulta la compatibilidad. Es conveniente que la industria desarrolle estándares comunes que permitan una solución "plug-and-play".
La tercera diapositiva muestra la necesidad de pasar a la unión Cu-Cu. Como muestra el gráfico de la izquierda, los microbots basados en la soldadura pueden soportar la tecnología hasta alrededor de 15-20um. Más allá de este nivel de paso, se hace necesaria la transición a la unión Cu-Cu. Esta transición ofrece la posibilidad de aumentar la densidad de bump a más de 10000/mm2. Esto es vital para que el tamaño de las E/S y el ancho de banda no limiten el rendimiento global del sistema en los complejos paquetes de varios chips.
Pero, ¿será todo suficiente? La cuarta diapositiva muestra la necesidad de pasar de la tecnología de unión de Cu a la de E/S óptica. Como muestra la tabla, la E/S óptica (OIO) puede multiplicar por 4 la densidad de costa, alcanzando 1,6 Tb/s/mm. También mejorará la eficiencia energética en un 35%.
Por último, como se muestra en la quinta y última diapositiva, esta tecnología tendrá que evolucionar. La demostración actual (septiembre de 2021) fue para un OIO en paquete capaz de alcanzar >1Tpbs/mm @ 6 pJ/bit. El objetivo es una OIO totalmente integrada capaz de alcanzar 10 Tbps/mm a sólo 1pJ/bit de conversación.
La integración heterogénea es EL espacio tecnológico que hay que vigilar babak sabi
Reto: ¿materiales dieléctricos imprimibles para dispositivos de RF y MW?
El material dieléctrico es a menudo el cuello de botella de los dispositivos de RF y MW de alto rendimiento totalmente impresos. A menudo se trata de un reto descuidado, ya que se hace hincapié en la capa conductora. De hecho, el desarrollo de un material dieléctrico adecuado de bajas pérdidas que se pueda imprimir digitalmente con una resolución alta y controlada es un reto técnico. En este vídeo de 3 minutos, Yuri Piro, de la Universidad de Massachusetts Lowell, explica por qué es un reto:
"Conseguir un material no polar que se pueda formar in situ con condiciones de procesamiento y polaridad bajas es difícil y realmente no se pueden utilizar estos enfoques convencionales".
¿Microfluidos e impresión electrohidrodinámica (EHD)?
La EHD es una tecnología de impresión digital prometedora para superar los límites de resolución de la inyección de tinta. La mayoría de los ejemplos muestran aplicaciones relacionadas con la electrónica o las pantallas.
Sin embargo, en una reciente charla de TechBlick, como se muestra en la diapositiva 1, el Dr. Aart-Jan Hoeven mostró un ejemplo en microfluídica en el que la EHD podría ser más valiosa. En este caso, esta tecnología podría permitir reducir la anchura o el paso de los electrodos de 30-40um (posible con la inyección de tinta industrial) a quizás 1-5um utilizando EHD, ahorrando así espacio. Esto apoyará la tendencia a la miniaturización de los microfluidos, haciendo posible incluso su integración en el cuerpo humano.
En la diapositiva 2 se puede ver con más detalle la nanoimpresora a escala de laboratorio de DoMicro BV. Es capaz de depositar características ultrafinas de forma digital. Esta impresora DM50-ENP está suscitando un gran interés y fue desarrollada en el marco del proyecto E-Nanoprint-Pro [This is automatically translated from English]
