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Conexiones de cobre para mejorar el hardware de ordenadores

2013_11_conectA medida que los ordenadores se vuelven más complicados, se incrementa la demanda de más conexiones entre los chips y la circuitería externa, como por ejemplo entre la placa madre y una tarjeta inalámbrica. Y al volverse más avanzados los circuitos integrados, maximizar su eficiencia requiere de mejores conexiones que operen a frecuencias superiores con menos pérdidas.

Mejorar esas dos cualidades de las conexiones aumentará la cantidad y velocidad de la información que puede circular por un ordenador. Así lo considera Paul Kohl, profesor en la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular del Instituto Tecnológico de Georgia.

Las conexiones verticales entre los chips y las placas se confeccionan en la actualidad derritiendo estaño entre ambas piezas para soldar una con otra, y agregando pegamento para mantenerlo todo unido. La investigación de Kohl muestra que reemplazar las conexiones tradicionales de soldadura con pilares de cobre crea conexiones más fuertes y permite un mayor número de éstas.

Tanto el estañado como el cobre pueden tolerar la desalineación entre las dos piezas que son conectadas, pero el cobre es más conductivo y crea una unión más fuerte.
Kohl y Tyler Osborn han desarrollado un novedoso método de fabricación para crear conexiones completamente de cobre entre los chips y la circuitería externa.

Los investigadores han estado trabajando con las compañías Texas Instruments, Intel y Applied Materials para perfeccionar y comprobar su tecnología. Jim Meindl y Sue Ann Allen, ambos del Tecnológico de Georgia, también han colaborado en el trabajo.

La industria ha encontrado una manera de extender los límites de uso de la tecnología del cobre. Esto elimina el problema de la micro-soldadura, dado que los pilares se depositan directamente sobre una lámina a través de un así llamado ‘chocar’ con las tapas de soldadura de estaño y de plata que crean interconexiones entre el chip y el sustrato. Esta innovación permite distancias más pequeñas de entrada-salida, en comparación con micro-soldadura, y aumenta la calidad y la fiabilidad de las interconexiones. Para los fabricantes, esto significa un ahorro de costes, mayor flexibilidad de diseño, capacidad de procesamiento y la fiabilidad, y un menor impacto ambiental.

En adición a este nuevo método para hacer conexiones verticales entre los chips y la circuitería externa, Kohl también está desarrollando una línea de transmisión de señal mejorada, con la ayuda de Todd Spencer.

Dentro de un ordenador existen varias rutas de comunicación muy largas que requieren de una línea eléctrica de muy elevada eficiencia que pueda transmitir a altas frecuencias sobre distancias largas.

Esto es especialmente importante en servidores de alto rendimiento y en enrutadores donde las distancias entre los chips pueden ser grandes y la fuerza de la señal puede estar degradada de manera significativa. Kohl y Spencer han desarrollado un nuevo método para conectar señales de alta velocidad entre chips usando un substrato orgánico.

Los investigadores están diseñando un cable coaxial para este enlace de señal chip a chip, el cual debería aumentar grandemente la máxima frecuencia de la señal que puede transmitir la conexión.

Las compañías que fabrican chips y los empaquetan en un dispositivo están muy interesadas en tecnologías capaces de brindar estas optimizaciones.
Si estas conexiones pueden producirse a un costo razonable, podrían ser muy importantes en el futuro porque estarían dando al cliente un mejor producto por el mismo coste.