Skriv ut

Göteborgsföretaget Smoltek styrka är förmågan att styra hur extremt små kolfibrer växer. Tekniken är CMOS-kompatibel och kan användas för att skapa förbindelser i halvledare. I år har dock en helt ny tillämpning tagit fart – att bygga kondensatorer av fibrer. De kan skapas direkt på ett okapslat chip (die), i kapselssubstratet eller i en interposer.

Smoltek har genom åren utvecklat en teknik som ger full kontroll över var på ett substrat extremt små kolfibrer – så kallade kolnanofibrer – växer, hur tätt de växer samt hur långa de ska vara.

Fibrerna är mycket goda ledare av både värme och elektricitet vilket gör att de är lämpliga att exempelvis användas till så kallade bumpar, små kulor som bildar anslutningar mellan en krets och en bärare (interposer). De kan också användas för värmeavledning i halvledare.

Under de senaste åren har Smoltek främst marknadsfört den del som gränsar till förbindning. Tills i våras – då adderades ett helt nytt tillämpningsområde.

Anders Johansson

− Det handlar om att använda vår teknik för att bygga kondensatorer. I våras började vi aktivt att marknadsföra detta efter några år av forskning och nu har den tillämpningen tagit över som den mest heta för oss med snabbast potential att kommersialiseras, säger Anders Johansson, vd på Smoltek.

Kondensatorerna som Smoltek växer kan göras i alla tänkbara former. På så sätt går det att utnyttja de ytor som finns tillgängliga fullt ut. Framförallt kommer de att användas för filtrering och avkoppling, även om energilagring också kan vara intressant.

Ännu är företaget inte färdigt med optimeringen av sina kondensatorer, men bedömningen är att det går att skapa kondensatorer med en kapacitans på i storleksordningen 1 000 nF per kvadratmillimeter.

− Vi ser en uppsjö möjliga tillämpningar runt vår kondensatorteknik inom avancerad kapsling. Allt beroende på vem man talar med och vilken typ av komponent de tillverkar. Tekniken kan användas i högpresterande signalbehandlingskretsar men också inom rf-segmentet där det finns utmaningar.

Fibrer – inte rör

Smoltek, grundat 2005, är en avknoppning från Chalmers halvledarlabb MC2 – där företaget fortfarande bedriver forskning och utveckling. Företaget har utvecklat en metod för så kallad Controlled Growth of Nanostructures, som innebär att det kan tillverka nanostrukturer på ett mycket kontrollerat sätt.

Redan från start beslutade Smoltek sig för att praktiskt fokusera på kolnanofibrer istället för kolnanorör trots att hela forskningshypen var på kolnanorör. Till skillnad mot fibrerna har rören dåliga mekaniska egenskaper, de faller exempelvis ihop om de blir för höga. Kolnanorören kan inte heller styras på samma sätt och de är inte alltid metalliska. Ska det bli rätt måste man växa, skörda och filtrera rören utifrån olika egenskaper.Fibrerna är däremot mekaniskt stabila, alltid metalliska och kan växa fristående till relativt höga höjder. De växer lite koniskt, beroende på processen, och blir runt fem gånger tjockare än rören. Beroende av processparametrarna får kolnanofibrerna typiskt en diameter på 50 till 100 nanometer, medan längden kan variera från  1 till 100 mikrometer.

Smolteks processen liknar den som används för att bygga de olika lagren i en halvledare, med ett litografisteg som bestämmer var kolnanofibrerna ska växa i CVD-kammaren. Tekniken är patenterad.

Idag använder industrin ofta keramiska kondensatorer i så kallade SIP-kapslar (system in package). Dessa skulle kunna bytas ut mot kondensatorer i kolnanofibrer som har betydligt lägre profil.

− En keramisk kondensator kan vara cirka 100 µm hög. Vi kan göra motsvarande kondensatorer tydligt under 10µm, säger Anders Johansson.

För att enklare förklara sitt erbjudande, inte minst för investerare, har företaget skapat plattformen eller verktygslådan Smoltek Tiger. Här samlas alla patent, tillverkningstekniker och i viss mån tillämpningar som erbjuds i olika kombinationer (se ruta).

Ytterligare en viktig utvecklingsdetalj har varit arbetet med att sänka temperaturen vid tillverkningen. Numera kan företaget processa, beroende på tillämpning, ner till 390 °C vilket är inom ramen för vad som krävs inom CMOS-världen.

– Jag tror definitivt att kondensatorn blir den första funktionen som kommer i en riktig komponent. Det har gjort att vi idagsläget inte fokuserar så mycket på att sänka temperaturen ytterligare.

En intressant trend som Smoltek ser är utvecklingen av interposerns roll i framtida SiP-lösningar. Ett första steg är att lägga in basfunktioner i bäraren. Just nu handlar det mycket om att addera passiva komponenter, men även energihanteringsfunktioner har börjat dyka upp. När det gäller att bygga in passiva element i interposerstrukturer är dessutom en arbetstemperatur på 390 °C väl godkänt.

På sikt kan man tänka sig att interposern bli en allt mer avancerad komponent. Som exempel på en sådan möjlig väg lyfter Anders Johansson en presentation av grafikprocessorföretaget Nvidias i somras.

– Där konstaterade Nvidia hur viktigt avståndet mellan exempelvis processor och minne är. Vid den höga frekvensen som kretsarna klockas med påverkar avståndet prestanda. Företaget letar efter möjligheten att flytta dessa delar närmare varandra, förklarar Anders Johansson.

Smolteks verktygslåda

Smoltek Tiger är plattformen där företaget kombinerar patent/teknik med tillämpningar för att göra sitt erbjudande tydligare. Här hittar man SmolGROW, som är företagets kärn-ip. Det definierar alla patent och tekniker kring hur fibrerna växer och vilka mekanismer som ligger bakom. Det är oberoende tillämpning.

De övriga delarna i verktygslådan – kort beskrivna nedan – är mer eller mindre skapade för en viss funktion:

• SmolINCO – hanterar anslutningar, lödkulor (bumpar) och att koppla ihop olika lager med varandra.• SmolINPO – 2,5/3D-stacking för att bygga smarta bärare (interposer).• SmoINIL – nanoimprint-litografi, företaget har ett patent men arbetar inte aktivt med detta.
• SmolTIM – handlar om termisk och elektrisk avledning, är korrsbefruktat med SmolINCO.
• SmolCACH – kondensator-implementering.

Genom åren har Smoltek haft svårt att värdera hur tiden i labbet ska fördelas över alla möjliga tillämpningar som fått feedback. Här har en kraftig förändring skett under det senaste året.

– Nu har vi lyckats att tydligt rangordna intresset för olika tillämpningar i form av en tidslinje. Kondensatorimplementationen är hetast just nu, som nummer två kommer interconnectdelen.

På gott och ont konkurrerar Smoltek med helt andra tekniker – inte nanotekniker – inom dessa två gebit. På förbindningssidan konkurrerar företaget med koppar-pelar-tekniker idag och kanske metall-till-metall-bondning i framtiden. På kondensatorsidan är det traditionella lösningar som står för konkurrensen.

Men för att kunna sparka igång de aktiviteter som företaget identifierat krävs mer finansiella och organisatoriska muskler. För att få hjälp med detta har Smoltek anlitat investmentbanken Boucher-Lensch Associates, som är specialiserad på strategisk och finansiell rådgivning till teknikföretag som arbetat med avancerade material och elektronikindustri.

Investmentbankens uppgift är hantera en finansieringsrunda med mål att dra in sju miljoner dollar, ett arbete som startade i maj.

– Det är en rejäl uppväxling och grovt samma summa som vi gjort av med på tio år. Pengarna ska användas på global nivå och innebär bland annat att vi får egen personal på plats i USA och Asien, förklarar Anders Johansson.

Kategori: REPORTAGE