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Soldadura magnética para cablear chips 3-D
Un nuevo tipo de soldadura se puede fundir y moldear en tres dimensiones bajo la fuerza de un campo magnético débil. El uso de un imán para tirar de la soldadura a través de orificios estrechos permite crear conexiones eléctricas entre chips de silicio apilados, por ejemplo. Estos chips tridimensionales contienen más potencia de cálculo en un área determinada, pero hacer conexiones entre ellos es costoso, un problema que la nueva soldadura podría solucionar. La soldadura tampoco contiene plomo y es más fuerte que otras soldaduras sin plomo.
Material magnético: Una nueva soldadura magnética sin plomo sube verticalmente hacia un imán.
Es como el robot de metal líquido de Terminator 2 : puedes darle forma y hacer que fluya usando un campo magnético, dice David Dunand , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Northwestern, que no participó en la investigación.
La nueva soldadura fue desarrollada por investigadores dirigidos por Ainissa Ramirez , profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Yale, que fue nombrado en Technology Review's Lista TR35 de jóvenes innovadores en 2003. La soldadura obtiene tanto su fuerza como sus propiedades magnéticas de las partículas de hierro suspendidas en la mezcla.
Parte de la motivación para desarrollar la soldadura, dice Ramírez, es regulatoria. Muchos países, incluido Japón y los miembros de la Unión Europea (aunque no los Estados Unidos), han prohibido los productos electrónicos importados que contienen plomo. Sin embargo, las mejores alternativas a la soldadura de estaño y plomo no son tan fuertes y tienden a tener un punto de fusión mucho más alto. El calor necesario para derretir la soldadura puede poner en riesgo las delicadas estructuras electrónicas de los chips de computadora. Otros grupos de investigación han desarrollado soldaduras compuestas que incorporan óxido o partículas metálicas para brindar resistencia adicional. Decidimos colocar partículas metálicas magnéticas no solo para aumentar la resistencia, sino también para dar nuevas propiedades, dice Ramirez.
El resultado es una aleación de estaño-plata que contiene una dispersión de partículas de hierro de decenas de micrómetros de diámetro. Cuando se aplica un campo magnético a las soldaduras, suceden dos cosas. Primero, las partículas de hierro se calientan, derritiendo localmente la soldadura. Esta calefacción localizada, que funciona según el mismo principio que las estufas inductivas, permanece completamente contenida, manteniendo fresca el área circundante. Y segundo, las partículas de hierro se alinean con la dirección del campo magnético, apretando y empujando el líquido en esa dirección. Esta alineación se conserva cuando la soldadura se solidifica y las partículas bien ordenadas proporcionan un refuerzo mecánico mayor que el que proporciona una dispersión regular de partículas.
Es muy importante poder mover un líquido como este, dice Dunand. Es de esperar que las partículas resurjan, no que arrastren el líquido con ellas.
Ramírez cree que la soldadura puede proporcionar una mejor manera de hacer conexiones eléctricas entre las capas en chips tridimensionales. Hoy en día, las interconexiones entre chips apilados se hacen perforando químicamente un agujero a través del silicio y recubriendo sus lados con cobre. La tensión superficial en el cobre anima a la soldadura a subir por el orificio, pero el proceso tiene sus limitaciones. Esperan que la soldadura absorba las paredes de cobre, dice Ramírez, pero hay muchas oportunidades de fallas y el proceso de recubrimiento de cobre es costoso. Por el contrario, la soldadura magnética se puede tirar hacia arriba a través del silicio utilizando un imán relativamente débil. Nuestro proceso es muy económico, dice.
Ramírez dice que ha estado en conversaciones con fabricantes de chips interesados y que puede comercializar la soldadura a través de Tecnologías Adhera , una startup con sede en Nueva York.