新兴技术：彻底变革电子元件的制造方法

『施乐帕克研究中心将芯片绞碎成打印机油墨的这一技术将彻底变革电子元件的制造方法。』

在以太 、激光打印机和图形用户界面问世的这间研究实验室——位于美国加利福尼亚州帕罗奥图市的施乐帕克研究中心（PARC），工程师们正在开创一种组装电子设备的全新方式，而这是一种更快、更低价、功能也更多的技术。

一般来说，芯片是在半导体晶片上批量制造的，然后切割成单独的单元并放置在计算机和其他设备内的母板上。但是施乐帕克研究中心的研究人员设想用晶片来做一些别的事：将晶片切成发丝粗细的“芯片粒子”（Chiplets），将其混入油墨，而后靠静电将这些微型部件引导到底物的恰当位置和方向上，滚轴在底物上接载这些微型部件然后打印出来。

左图：激光蚀刻工具将硅片绞成微型“芯片粒子”；右图：数千个芯片粒子都有正负电荷，通过薄膜敷在晶片上。

将长300毫米宽200毫米的芯片粒子群放入流体。

利用螺旋图样的金属丝生成的复杂电场，四个芯片粒子被导入到玻璃底物上的恰当位置。

在滚轴把四个芯片粒子放在塑料底物上之后，一台打印机给它们一同布线。

四个芯片粒子分布在左图线条的角落和中间，肉眼几乎不可见，现在由打印出的金属丝在制造概念样张中连接起来。右图的两个电极肉眼可见。

虽然现在还处于早期阶段，但这一技术将能够带来各种新型计算设备，比如由数百万个芯片粒子组成的微型超敏探测器造出的高分辨率成像阵列。

由于打印机可以把材料放置在不同底物上，因此这一技术能用来制造高性能的柔性电子设备、悬挂着多种传感器密集阵列的微型传感器、或编有计算功能的3D物体，施乐帕克研究中心打印电子元件团队的管理人员雅诺什·费雷思（Janos Veres）表示。另外，这一方法还能让更多人和小型公司设计并制造定制版计算设备。

施乐帕克研究中心对这一技术的展望始于由传统方法生产的、用来容纳数千个微型功能设备的晶片。这可能包括LED或激光器、处理器与存储器，或基于微电子机械的传感器，以及微机电系统（MEMS）。它们都会变成注入了芯片的油墨这一调色板的原料。

现有的电子打印系统通常使用低性能材料，但“我们很有可能可以使用市场上性能绝对最佳的芯片，”领导该项目的电机工程师周尤金（Eugene Chow）如此说到。

这一技术利用组装底板之下的金属丝阵列生成的、由软件控制的电场，将芯片粒子排列到合适的位置上。就像滚进草皮的球一样，这些芯片粒子进入电场限定的位置。“电场随时间和空间而呈现各种奇特的图样变化，可以对这一变化进行控制从而实现高产量的装配。”周说到。

目前，位置落点是借助简易的正负电荷实现的，这些正负电荷在晶片被绞碎前附加到芯片粒子上。对于要处理多种芯片粒子的打印系统而言，施乐帕克研究中心设想利用基于电荷的唯一条形码来进行区分，或者创建多个打印步骤，每个步骤放下一种芯片粒子来加以区别。

“如果这种方法能奏效，几年后我们就会在新平台上组装数百万甚至数十亿的东西了。”周表示。

第一道难关就是要想出怎样精确地组装芯片粒子；到目前为止，施乐帕克研究中心已经能成功地一次性放置四个芯片粒子然后在第二阶段给其一同布线。

然而这一成绩只是“加速微电子技术发展”的开端，费雷思表示，“我们每分钟都可以迭代出新电路，打开了数千种用法的大门。”

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