AUSTIN, Teksas — Inżynierowie z Uniwersytetu Teksasu w Austin kierują gwiazdorskim zespołem akademickim i branżowym, którego celem jest zrewolucjonizowanie produkcji chipów półprzewodnikowych za pomocą nowej metody druku 3D. Nowe podejście, które naukowcy nazywają holograficzną nanolitografią metasurface (HMNL), ma na celu szybszą, wydajniejszą i przyjazną dla środowiska produkcję zaawansowanej elektroniki.
HMNL oferuje różnorodne zastosowania, od smartfonów, przez robotykę, po lotnictwo i kosmonautykę. Potrafi stworzyć projekty, które wcześniej były niemożliwe, takie jak drukowane w 3D kondensatory magazynujące energię w urządzeniach elektronicznych czy pakiety elektroniczne pasujące do niekonwencjonalnych przestrzeni. Umożliwiłoby to na przykład osadzenie sztucznej inteligencji w niestandardowych konfiguracjach, dostosowanych do specyfikacji robotów lub rakiet.
„Naszym celem jest fundamentalna zmiana sposobu pakowania i produkcji elektroniki” – powiedział Michael Cullinan, profesor nadzwyczajny na Wydziale Inżynierii Mechanicznej Walker w Cockrell School of Engineering, który kieruje zespołem. „Dzięki HMNL możemy tworzyć złożone, wielomateriałowe struktury w jednym kroku, skracając czas produkcji z miesięcy do dni”.
Zespół składający się z naukowców z University of Utah, Applied Materials, Bright Silicon Technologies, Electroninks, Northrop Grumman, NXP Semiconductors i Texas Microsintering, otrzymał grant w wysokości 14,5 miliona dolarów od Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony (DARPA) na kontynuację tych prac.
Dzisiejsza produkcja elektroniki to złożony i czasochłonny proces, który polega na nakładaniu warstw materiałów krok po kroku. Takie podejście nie tylko ogranicza elastyczność projektu, ale także generuje znaczne straty materiałowe. HMNL oferuje szybszą i bardziej zrównoważoną alternatywę.
Kluczem do tego technicznego skoku są metapowierzchnie, czyli ultracienkie maski optyczne zdolne do kodowania informacji o dużej gęstości. Pod wpływem światła te metapowierzchnie tworzą hologramy, które umożliwiają jednoczesne tworzenie wzorów z hybrydowej żywicy wykonanej z metalu i polimeru w skomplikowane struktury 3D. Proces jest na tyle precyzyjny, że pozwala uzyskać rozdzielczość mniejszą niż szerokość ludzkiego włosa.
Dodatkowo, eliminując wiele etapów produkcji i redukując straty materiałowe, proces minimalizuje wpływ działalności przemysłowej na środowisko. Zwiększona prędkość ułatwi opracowywanie unikalnych prototypów.
W ramach tego projektu badacze stworzyli cztery prototypy do różnych zastosowań:
- Elektronika komercyjna: Moduł rozszerzający dla urządzeń konsumenckich, zapewniający szybszą produkcję i większą elastyczność projektowania.
- Systemy obronne: Zaawansowane prototypy komunikacji wysokiej częstotliwości i elektroniki z możliwością rekonfiguracji.
- Projekty nieplanarne: Pakiety elektroniki pasujące do wymagających przestrzeni.
- Aktywne pakiety: Konstrukcje spełniające funkcje mechaniczne i elektryczne, takie jak precyzyjne systemy kierowania wiązką do zastosowań optycznych.
„Nie chodzi tylko o to, aby elektronika była szybsza i tańsza, ale o odblokowanie nowych możliwości” – powiedział Cullinan.
Naukowcy planują komercjalizację technologii za pośrednictwem Texas Microsintering Inc., startupu założonego przez Cullinana.
