电子元件联合起来在电脑芯片上占的空间减少了10倍

通过|2020年8月12日

研究人员将电子滤波器所需的元素整合成一个单独的、自组装的组件。

电子滤波器对我们的手机和其他无线设备的内部工作非常重要。它们消除或增强特定的输入信号,以获得所需的输出信号。它们是必不可少的,但占用了芯片的空间,研究人员一直在寻求把芯片做得更小。一项新的研究表明,构成电子滤波器的各个元件成功地集成到一个单独的组件上,显著减少了设备占用的空间。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员摒弃了传统的2D片上集总或分布式滤波器网络设计——由单独的电感和电容器组成——采用了一个单一的、节省空间的3D卷膜,它包含了两个独立设计的元素。

该研究由电子和计算机工程教授李秀玲领导,研究结果发表在该杂志上先进功能材料

“随着我们团队在滚动电感和电容上取得的成功,利用这种制造过程的2D到3D自组装特性,将这些不同的组件集成到一个单独的自滚动和节省空间的设备上是有意义的,”李说。

在实验室中,该团队使用一种专门的蚀刻和光刻工艺将2D电路图案绘制到非常薄的薄膜上。在电路中,它们将电容和电感连接在一起,并与地线或信号线连接在一个平面上。研究人员说,这种多层膜可以卷成一根薄管,然后放到芯片上。

器件制作过程包括电子束蒸发金属沉积和光刻来确定金属图案和蚀刻过程。最后的蚀刻步骤触发堆叠膜的自滚过程。

研究生兼合著者Mark Kraman说:“我们用来在二维膜层上形成电路的图案或掩模可以调整以实现特定设备所需的任何类型的电子相互作用。”“使用这种技术,实验不同的过滤器设计相对简单,因为我们只需要在想要改变的时候修改掩模结构。”

研究小组测试了滚动组件的性能,发现在目前的设计下,滤波器适用于1-10千兆赫的频率范围,研究人员说。虽然这些设计的目标是用于射频通信系统,但该团队认为,其他频率,包括兆赫范围,也可能基于他们在过去的研究中实现高功率电感的能力。

“我们使用了几个简单的过滤器设计,但理论上我们可以使用相同的过程步骤制造任何过滤器网络组合,”研究生和主要作者Mike Yang说。“我们利用现有的技术,提供了一个新的、更简单的平台,将这些组件更紧密地整合在一起。”

“我们将电感和电容单片集成的方式可以将无源电子电路集成带到一个全新的水平,”李说。“实际上,以这种方式制造的电路的复杂性或配置没有任何限制,所有这些都需要一个掩模组。”

参考文献:杨振东等。通过自卷膜纳米技术的三维射频L - C元件的单片异构集成,先进功能材料(2020)。DOI: 10.1002 / adfm.202004034