Microinduttori metallici tridimensionali stampati in 3D direttamente sopra il chip, sfruttando la terza dimensione anziché occupare ulteriore superficie. È la soluzione trovata dal team di ricerca del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e del Centro per l’Integrazione della Strumentazione Scientifica dell’Università di Pisa.
Una invenzione che risponde ad un’esigenza del mercato e a una sfida economica e tecnologica: aumentare il numero di componenti nei circuiti a radiofrequenza – utilizzati per esempio nei sistemi di comunicazione wireless, nei sensori, nei radar – mantenendo dimensioni ridotte. Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications.
“Nei moderni circuiti a radiofrequenza – spiega Alessandro Paghi, post-doc presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione al tempo dello studio e ora ricercatore alla Scuola Normale Superiore – gli induttori possono occupare tra il 20 e il 50% della superficie di un chip. Riuscire a ridurne l’ingombro è quindi fondamentale per contenere le dimensioni e i costi dei chip e aumentare in numero di componenti integrabili a parità di area. Nel lavoro pubblicato proponiamo un approccio diverso: invece di realizzare gli induttori sul piano del chip, li stampiamo direttamente sopra i contatti elettrici, sviluppandoli nella terza dimensione”.
La stampa in 3D che modifica e potenzia il chip
Per farlo, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica di microstampa 3D del metallo che si basa sull’elettrodeposizione ad alta precisione, un processo che consente di far crescere microstrutture in metallo in posizioni definite e con geometrie controllate.
“Il punto chiave – aggiunge Giuseppe Barillaro, docente di Elettronica all’Università di Pisa e coordinatore dello studio – è disaccoppiare il valore dell’induttanza dalla superficie occupata sul chip. Stampando la microbobina nella terza dimensione, si possono ottenere le proprietà elettriche desiderate senza richiedere ulteriore superficie rispetto a quella già utilizzata dai contatti. In altre parole, l’induttore non compete più necessariamente con gli altri componenti per lo spazio disponibile sul chip.”
I microinduttori realizzati hanno mostrato prestazioni competitive con quelle delle principali tecnologie attualmente disponibili, pur eliminando l’area aggiuntiva normalmente necessaria per integrare l’induttore sul chip.
La stampa può avvenire su chip di fabbricazione standard, senza dover introdurre cambiamenti sostanziali nel processo di produzione. Si può dunque intervenire in una fase successiva, aprendo anche alla possibilità di aggiungere componenti passivi e personalizzare le prestazioni di un chip dopo la sua fabbricazione.
“Questa tecnologia – conclude Farbod Abazar, post-doc presso l’Università di Pisa e co-autore dello studio – potrebbe trovare applicazione in numerosi ambiti, dai moduli per comunicazioni wireless alle reti 5G e oltre il 5G, dai sistemi radar all’Internet of Things e ai circuiti a microonde. In prospettiva, questo approccio può contribuire ad aumentare la densità di integrazione e a ridurre dimensioni e costi dei circuiti a radiofrequenza”.