3M und IBM arbeiten bei dreidimensionalen Halbleitern zusammen

3M und IBM kooperieren beim 3D-Packaging von Halbleitern (Bild: IBM)

3M und IBM wollen gemeinsam Klebstoffe entwickeln, mit denen sich Halbleiter übereinander verbauen lassen. Die neue Materialklasse soll es erstmals möglich machen, kommerzielle Mikroprozessoren aus mehr als 100 übereinanderliegenden, aber separaten Chips zu konstruieren.

Mit diesem sogenannten Stacking würde ein wesentlich höheres Integrationsniveau bei IT-Systemen und Konsumerelektronik möglich. Prozessoren ließen sich künftig sehr eng mit Hauptspeicher- und Netzwerkkomponenten zu einem Siliziumbaustein verbinden. IBM erwartet, dass diese Chips bis zu tausendmal schneller sind als die schnellsten heute üblichen Mikroprozessoren. Damit wären wesentlich leistungsfähigere Smartphones, Tablets, Computer und Spielekonsolen konzipierbar.

„Heutige Chips, auch solche mit 3D-Transistoren, sind de facto 2D-Chips mit noch immer sehr flachen Strukturen“, sagt Bernard Meyerson, Vizepräsident Research bei IBM. „Unsere Wissenschaftler beabsichtigen, Materialien zu entwickeln, die es uns erlauben, sehr große Computerleistung in einen neuen Formfaktor zu bringen – den ‚Silizium-Skyscraper‘. Wir glauben, dass wir den jetzigen Status im Bereich Packaging weiterentwickeln können und dabei eine neue Klasse an Halbleitern schaffen, die höhere Geschwindigkeit und mehr Möglichkeiten bereitstellt, bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch. Dies sind Schlüsselanforderungen vieler Hersteller, besonders der Anbieter von Tablets und Smartphones.“

Viele Halbleitertypen benötigen heute Packaging- und Verbindungstechniken, die sich nur bei einzelnen Chips anwenden lassen. 3M und IBM wollen dagegen Kleber entwickeln, die für gesamte Siliziumwafer verwendet werden können und mit denen sich so hunderte oder tausende von Chips in einem Zug beschichten lassen. Aussagen dazu, wann die Technologie marktreif sein wird, haben die Unternehmen nicht gemacht.

Die Anstrengungen, Chips in die dritte Dimension zu bringen, werden als 3D-Packaging bezeichnet. Die gemeinsame Forschung von 3M und IBM will einige der schwierigsten technischen Herausforderungen lösen, die beim Übergang auf echte 3D-Chipformen auftreten. Dafür werden beispielsweise neue Arten von Klebern benötigt. Sie müssen Hitze effizient durch einen dicht gepackten Chipstapel abführen und von wärmeempfindlichen Bauteilen wie logischen Schaltkreisen fernhalten.