Electronic microsystems are foundational to today’s computational, sensing, communication, and information processing capabilities, therefore impacting industries, such as microelectronics, chemical, healthcare, manufacturing, and aerospace. As demand grows for more capable microsystems to help address today’s rapidly growing needs, new packaging materials that are compatible with high-precision silicon microfabrication must be developed in order to enable the integration of individual and disparate components into systems with complex functionality. This article aims to demonstrate the potential for using a silicate-based inorganic composite to encapsulate and three-dimensionally integrate individual components into complex systems in a heterogeneous 3-D integration approach. Through the use of liquid alkali sodium silicate (water glass) and nanoparticle fillers, composites can be synthesized and cured at low temperatures into chemically, mechanically, and thermally (up to 400 °C) stable structures using high-throughput processing methods, such as spin and spray coating. This work demonstrates that this material can be processed into thick layers (tens to hundreds of micrometers), can fill high aspect ratio gaps (13:1), can withstand common microfabrication processes (wet process chemicals, photolithography, polishing, and thermal stability), and have its coefficient of thermal expansion tailored for compatibility with a variety of substrates. These demonstrations position this composite material for use in heterogeneous 3-D integration approaches that enable a wider range of complex microsystems.

中文翻译：

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微体系异质集成的偏硅酸钠基无机复合材料

电子微系统是当今计算，感测，通信和信息处理功能的基础，因此影响着诸如微电子，化学，医疗保健，制造和航空航天等行业。随着对功能更强大的微系统的需求不断增长，以帮助满足当今快速增长的需求，必须开发与高精度硅微制造兼容的新包装材料，以使单个和完全不同的组件集成到具有复杂功能的系统中。本文旨在演示使用异质3-D集成方法将硅酸盐基无机复合材料封装并将各个组件三维三维集成到复杂系统中的潜力。通过使用液态碱金属硅酸钠（水玻璃）和纳米颗粒填料，可以使用高通量加工方法，例如在低温下合成并固化为化学，机械和热（最高400°C）的稳定结构。旋涂和喷涂。这项工作表明，这种材料可以加工成厚层（数十到数百微米），可以填充高纵横比的间隙（13：1），可以承受常见的微细加工工艺（湿法化学处理，光刻，抛光和热稳定性） ，并为其热膨胀系数量身定制，以与各种基板兼容。这些演示将这种复合材料定位在可用于更广泛的复杂微系统的异构3D集成方法中。可以使用旋涂和喷涂等高通量加工方法，在低温下合成复合材料并将其固化为化学，机械和热（最高400°C）稳定的结构。这项工作表明，这种材料可以加工成厚层（数十到数百微米），可以填充高纵横比的间隙（13：1），可以承受常见的微细加工工艺（湿法化学处理，光刻，抛光和热稳定性） ，并为其热膨胀系数量身定制，以与各种基板兼容。这些演示将这种复合材料定位于可用于更广泛的复杂微系统的异构3D集成方法中。可以使用旋涂和喷涂等高通量加工方法，在低温下合成复合材料并将其固化为化学，机械和热（最高400°C）稳定的结构。这项工作表明，这种材料可以加工成厚层（数十到数百微米），可以填充高纵横比的间隙（13：1），可以承受常见的微细加工工艺（湿法化学处理，光刻，抛光和热稳定性） ，并为其热膨胀系数量身定制，以与各种基板兼容。这些演示将这种复合材料定位在可用于更广泛的复杂微系统的异构3D集成方法中。以及使用高通量加工方法（例如旋涂和喷涂）提供热稳定（高达400°C）的结构。这项工作表明，这种材料可以加工成厚层（数十到数百微米），可以填充高纵横比的间隙（13：1），可以承受常见的微细加工工艺（湿法化学处理，光刻，抛光和热稳定性） ，并为其热膨胀系数量身定制，以与各种基板兼容。这些演示将这种复合材料定位在可用于更广泛的复杂微系统的异构3D集成方法中。以及使用高通量加工方法（例如旋涂和喷涂）提供热稳定（高达400°C）的结构。这项工作表明，这种材料可以加工成厚层（数十到数百微米），可以填充高纵横比的间隙（13：1），可以承受常见的微细加工工艺（湿法化学处理，光刻，抛光和热稳定性） ，并为其热膨胀系数量身定制，以与各种基板兼容。这些演示将这种复合材料定位在可用于更广泛的复杂微系统的异构3D集成方法中。这项工作表明，这种材料可以加工成厚层（数十到数百微米），可以填充高纵横比的间隙（13：1），可以承受常见的微细加工工艺（湿法化学处理，光刻，抛光和热稳定性） ，并为其热膨胀系数量身定制，以与各种基板兼容。这些演示将这种复合材料定位在可用于更广泛的复杂微系统的异构3D集成方法中。这项工作表明，这种材料可以加工成厚层（数十到数百微米），可以填充高纵横比的间隙（13：1），可以承受常见的微细加工工艺（湿法化学处理，光刻，抛光和热稳定性） ，并为其热膨胀系数量身定制，以与各种基板兼容。这些演示将这种复合材料定位在可用于更广泛的复杂微系统的异构3D集成方法中。