طريقة مبتكرة لتوصيل المكونات الإلكترونية

طور مهندسون من جامعة إلينوي بالولايات المتحدة الأمريكية طريقة مبتكرة لإنتاج موصلات معدنية يمكن أن تؤدي إلى تصغير الدوائر المطبوعة والتقدم في مجال الإلكترونيات الدقيقة

طور مهندسون من جامعة إلينوي بالولايات المتحدة الأمريكية طريقة مبتكرة لإنتاج موصلات معدنية يمكن أن تؤدي إلى تصغير الدوائر المطبوعة والتقدم في مجال الإلكترونيات الدقيقة.

يتم إنتاج الدوائر المتكاملة من خلال الجمع بين الترانزستورات والعديد من المكونات الإلكترونية معًا للحصول على وظائف معقدة. تتكون التوصيلات بين الرقاقات واللوحات المطبوعة من أسلاك معدنية تم تحضيرها مسبقًا ويتم توصيلها بمنطقة الربط بواسطة الشريحة. "تتطلب الوظائف المجمعة أسلاكًا متعددة. وقال مين فنغ يو، أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة إلينوي، إن هذا النوع من الأسلاك ممل ويستغرق وقتا طويلا ومكلفا.

بالإضافة إلى ذلك، تحتل منطقة الالتصاق هذه مساحة كبيرة. مع تقدم التكنولوجيا نحو المزيد من المكونات الإلكترونية المصغرة، يصبح تصغير الأسلاك عقبة كبيرة بشكل متزايد. العديد من الأجهزة الإلكترونية الدقيقة أصغر بكثير من مساحة التوصيل البيني البالغة 50 ميكرونًا مربعًا، وهي حقيقة تمنع تطوير وظائف متكاملة على هذا النطاق الصغير.

قال الباحث الرئيسي: "اليوم لا توجد طريقة فعالة من حيث التكلفة تسمح بتوصيل الأسلاك وتكامل الهياكل المجهرية، لذلك دعونا نتخلص من هذه الأسلاك تمامًا، وبدلاً من ذلك لماذا لا ننتجها في نفس المكان حيث تكون هناك حاجة إليها بين التوصيلات". يشير إلى نفسه؟"

طور الباحثون طريقة إنتاج مباشر لإنتاج أسلاك معدنية نقية رفيعة بحجم أصغر بكثير من تلك الموجودة في الأسلاك العادية والتي تتطلب منطقة اتصال أصغر بمقدار أمرين. وفي مقال نشر في مجلة Science العلمية، أوضح الباحثون كيف يمكن دمج 20 سلكًا مبتكرًا في منطقة اتصال مشتركة واحدة.
ستسمح الطريقة الجديدة للشركات التجارية بتصنيع قطع من مواد أشباه الموصلات التي ستحتوي على عدد أكبر من الرقائق لكل وحدة حجم/مساحة. بالإضافة إلى ذلك، سيسمح بدمج وظائف أكثر تعقيدًا في مكونات الإلكترونيات الدقيقة. وقد أثبت الباحثون طريقتهم باستخدام أسلاك من البلاتين والنحاس، ويعتزمون اختبارها على معادن أخرى أيضًا.

يقارن الباحث الرئيسي طريقته بالكتابة بقلم حبر. ويضيف: "اعتاد الناس على رسم خط عمودي على سطح ثنائي الأبعاد، ولكن ما نفعله هو الكتابة بثلاثة أبعاد". قام الباحثون بملء ماصة ميكروية - جهاز قادر على حقن كميات صغيرة من السائل - بمحلول إلكتروليت يحتوي على النحاس. عندما يتم تقريب الماصة الدقيقة جدًا من السطح، يتشكل جسر سائل بين طرف الماصة والقطعة المتصلة. وفي الخطوة التالية، يقوم الباحثون بتنشيط تيار كهربائي يؤدي إلى ترسب النحاس الموجود في المحلول كمعدن صلب. وطالما يتحرك الرأس على السطح، يستمر النحاس في التدفق من المحلول إلى السطح، بطريقة مشابهة لطريقة تدفق الحبر من القلم للحصول على سلك نحاسي. كان التحدي الكبير الذي واجه الباحثين هو تحديد سرعة الحركة المناسبة لطرف الماصة للحفاظ على قبول الجسر السائل بين الفوهة والسلك "المتنامي".

ويوضح الباحث: "إنه سائل، لذلك يمكن تشكيله بسهولة". "طالما حافظت على السرعة في النطاق المناسب، يمكنك دائمًا إنتاج سلك موحد وعالي الجودة."
بالإضافة إلى ذلك، كان على الباحثين أن يكتشفوا كيف يمكن "حفر" الأسلاك بشكل عرضي من أجل توصيل شريحة بأخرى. تكون أفواه الماصات الدقيقة العادية مسطحة عند أطرافها، ولكن زاوية الميل العالية جدًا قد "تكسر" تدفق السائل. واكتشف الباحثون أن الفوهة المشقوقة، التي يبلغ مقطع عرضي على جانبها تسعين درجة، تسمح بالحركة الجانبية - مما يعني أنه يمكن تحويل الأسلاك إلى سلك مقوس بين موقع اتصال وآخر، حتى لو تم ترتيب الرقائق في طبقات أو أكوام. تتم العملية برمتها بشكل آلي ويأمل الباحثون في تطوير صفائف كاملة من الماصات الدقيقة لإنتاج وصلات سلكية على نطاق صناعي.
"الميزة هي أن العمل يمكن أن يتم بالتوازي"، يوضح الباحث. "بدلاً من جنية واحدة، تخيل في عقلك 10 أو 20 أو حتى 100 جنية تعمل في نفس الوقت. ويمكن إعداد العشرات أو المئات من الاتصالات في خطوة واحدة، وهذا الأمر يؤدي إلى توفير مالي كبير." بالإضافة إلى التوصيلات السلكية، يمكن أن تؤدي الطريقة المبتكرة إلى تطوير العديد من الهياكل المعدنية الدقيقة لتطبيقات متنوعة.
ويشير الباحث إلى أن "القدرة على إنتاج هياكل معدنية ثلاثية الأبعاد بطريقة بسيطة ورخيصة يمكن أن تمهد الطريق لتطوير العديد من التطبيقات".

الخبر من الجامعة