Realizzare microinduttori metallici tridimensionali stampati direttamente sopra i contatti e le interconnessioni dei chip, sfruttando la terza dimensione per ridurre l'ingombro. È l'approccio innovativo proposto da uno studio condotto all'Università di Pisa, che affronta uno dei principali limiti nella miniaturizzazione dei circuiti integrati a radiofrequenza.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista scientifica Nature Communications e ha visto la collaborazione del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e del CISUP (Centro per l’Integrazione della Strumentazione Scientifica) dell'ateneo pisano.

Il problema dell'ingombro nei circuiti a radiofrequenza

Nei moderni circuiti integrati a radiofrequenza — impiegati nei sistemi di comunicazione wireless, nei sensori, nei radar e nei dispositivi elettronici ad alta frequenza — gli induttori sono componenti essenziali ma particolarmente ingombranti. A differenza di altri elementi, richiedono una superficie considerevole sul chip e possono arrivare a occupare tra il 20% e il 50% della superficie totale, rappresentando un ostacolo alla miniaturizzazione e all'aumento della densità dei componenti.

"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", spiega Alessandro Paghi, post-doc presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione al tempo dello studio e ora ricercatore alla Scuola Normale Superiore.

La tecnica della microstampa 3D del metallo

Per superare i limiti spaziali tradizionali, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica di microstampa tridimensionale basata sull'elettrodeposizione ad alta precisione. Questo processo permette di far crescere microstrutture in metallo in posizioni definite e con geometrie controllate.

Come sottolinea Giuseppe Barillaro, docente di Elettronica all’Università di Pisa e coordinatore dello studio, il punto chiave consiste nel "disaccoppiare il valore dell’induttanza dalla superficie occupata sul chip". Stampando la microbobina nella terza dimensione si ottengono le proprietà elettriche desiderate senza sottrarre ulteriore spazio agli altri componenti.

I test condotti sui microinduttori hanno evidenziato prestazioni competitive rispetto alle tecnologie attuali, eliminando l'area aggiuntiva solitamente necessaria per l'integrazione sul chip. Inoltre, la tecnica consente di realizzare le microbobine su chip di fabbricazione standard, intervenendo in una fase successiva senza modificare i processi produttivi di base.

"Questa tecnologia 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", conclude Farbod Abazar, post-doc all'Università di Pisa e co-autore della ricerca.

Fonte: PisaToday