En esta segunda parte de la serie de artículos, TechBlick destaca las prometedoras innovaciones y las tendencias del mercado de la electrónica impresa, híbrida y en molde. Los temas tratados en este artículo incluyen (1) la electrónica híbrida flexible, (2) la impresión aditiva de precisión y R2R, (3) la fotovoltaica impresa y R2R, y (4) los sensores SWIR CMOS híbridos.
Todas las tendencias destacadas en este artículo serán debatidas por los principales actores del sector en las próximas conferencias y exposiciones interactivas LIVE but online de TechBlick que tendrán lugar los días 10 y 11 de marzo de 2021 y 11 y 12 de mayo de 2021
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Los próximos eventos incluyen:
10 y 11 de marzo: Electrónica impresa, flexible, híbrida y en molde (I)
14 y 15 de abril: Grafeno, materiales 2D y nanotubos de carbono
11 y 12 de mayo: Electrónica impresa, flexible, híbrida y en molde (II)
11 y 12 de mayo: Puntos cuánticos: innovación de materiales y aplicaciones emergentes
15 y 16 de junio: Innovaciones y tendencias en pantallas e iluminación: OLED, flexibles, impresos, microLED y más allá
14 y 15 de julio: Parches cutáneos, wearables, e-textiles y electrónica extensible
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Electrónica híbrida flexible (FHE): ¿la tendencia más importante en electrónica impresa?
A pesar de todos los avances, la lógica impresa nunca llegó a ofrecer las prestaciones de movilidad, estabilidad y tamaño requeridas, lo que limitó lo que la electrónica impresa podía ofrecer. Sin embargo, ahora se están formando matrices/CI flexibles y utlilizadas, lo que permite una electrónica híbrida flexible. Esta es una de las tendencias más interesantes de la electrónica impresa y flexible.
A continuación se muestran algunos ejemplos de circuitos integrados ultrafinos y flexibles. También se muestra una hoja de ruta que muestra el aumento de la capacidad. Hay que tener en cuenta que estos dispositivos no se basan en la impresión. A pesar de ello, son tecnologías que permiten las aplicaciones de la electrónica impresa.
En la actualidad, existen múltiples enfoques para el desarrollo de troqueles y/o circuitos integrados ultrafinos. Uno de ellos consiste en adelgazar al máximo las matrices de silicio, haciéndolas flexibles. En este caso, las capacidades tecnológicas serán como las del silicio. De hecho, ya se han demostrado CI flexibles y ultrafinos a nivel de Bluetooth. Se trata de un hito importante.
Otro enfoque es desarrollar CI flexibles basados en tecnologías nativamente delgadas utilizando técnicas de fabricación electrónica flexible, allanando así el camino hacia los CI LSI y VLSI nativamente flexibles. El objetivo final es hacer que los objetos cotidianos sean más inteligentes, pero la capacidad de la tecnología está todavía décadas por detrás del silicio.
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Fuente: www.TechBlick.com
La interconexión a baja temperatura (fijación de troqueles o circuitos integrados) es también una parte crucial del panorama emergente de la FHE (electrónica híbrida flexible). De hecho, la falta de soluciones adecuadas ha limitado las placas de circuito impreso flexibles (FPCB) al sustrato PI, manteniendo innecesariamente los costes.
Para remediarlo, están surgiendo múltiples enfoques que permiten tecnologías de fijación de troqueles o circuitos integrados compatibles con la baja T.
NovaCentrix ha desarrollado la foto-sinterización de soldadura, que permite a los usuarios reducir tanto el tiempo de procesamiento como la temperatura, haciendo que el enfoque sea compatible con el procesamiento R2R y con los sustratos PET. En este caso, los pulsos de luz de alta intensidad sustituyen a un horno de reflujo, llevando la soldadura a su temperatura líquida en milisegundos sin dañar el sustrato subyacente.
Saf-Tech está desarrollando una soldadura de temperatura ultrabaja. Proceden de la Universidad Estatal de Iowa, que desarrolló la famosa y ya habitual soldadura SAC. De hecho, el enfoque de SAFI-Tech propone permitir la soldadura de SAC305 a temperaturas tan bajas como la ambiente, abriendo así la puerta a la electrónica híbrida flexible compatible con el PET o el papel.
Alpha Assembly también está desarrollando soldaduras a temperaturas ultrabajas, ampliando su compatibilidad con el PET estabilizado al calor y más allá. Hay que tener en cuenta que la soldadura tiene una capacidad de autoalineación que es importante en la FHE R2R porque facilita los requisitos de precisión de la operación de recogida y colocación y permitirá la adopción de circuitos integrados cada vez más complejos con muchos pines de E/S estrechamente empaquetados.
Los adhesivos conductivos son, por supuesto, de baja temperatura. Se utilizan en la RFID, quizá la primera aplicación sencilla de FHE que ha tenido éxito. Sin embargo, no admiten grandes circuitos integrados con un elevado número de pines de E/S.
CondAlign está desarrollando una nueva película adhesiva conductora anisotrópica. En ella, las partículas incrustadas se alinean eléctricamente. Estas películas se fabrican ahora a escala R2R con espesores que van desde unos pocos µm hasta algunos cientos de µm y una resistencia inferior a 0,01 Ohm/cm^2. Curiosamente, pueden soportar pasos de 10um.
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Por supuesto, todo esto no tendría sentido sin las aplicaciones y, en última instancia, sin el tratamiento R2R. Lo primero es clave, pues de lo contrario FHE seguirá siendo una solución en busca de un problema. Lo segundo es necesario para ayudar a la tecnología a hacer realidad sus beneficios potenciales de coste por unidad.
En nuestra serie de conferencias y exposiciones interactivas LIVE pero en línea, hemos seleccionado empresas interesantes que trabajan en aplicaciones y en el procesamiento de R2R.
GE Research presentará su enfoque para pasar de la vuelta a las aplicaciones del mundo real. Jabil presentará su enfoque sobre la introducción de la electrónica híbrida flexible en el mercado. Ambas empresas tienen un sólido historial de comercialización de electrónica impresa.
Smooth & Sharp presentará sus etiquetas RFID impresas R2R para la impresión Covid. IDENTIV presentará sus sensores NFC y UHF fabricados con electrónica híbrida flexible. CPI (Centre for Process Innovation) expondrá sus avances en la utilización del procesamiento R2R para fabricar electrónica híbrida flexible.
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Impresión de precisión
La tendencia hacia la impresión de alta resolución de productos electrónicos es una de las más importantes en este campo. Todas las tecnologías de impresión han dado saltos de resolución en la última década. Incluso la serigrafía ha alcanzado en algunos casos anchos de línea de 10um.
En nuestra serie de conferencias y exposiciones interactivas LIVE pero online, destacamos algunas de las empresas más interesantes y los avances en este campo XTPL presentará su tecnología de deposición ultraprecisa que puede imprimir características tan pequeñas como 1µm en superficies con forma 3D. La empresa ofrece su propia impresora y tintas de nanopartículas de plata de alta densidad. Las aplicaciones pueden ser numerosas, entre ellas la creación de prototipos/impresión de capas de redistribución, la reparación en la última fase de las pantallas microLED y otras, la impresión de elementos de seguridad, la impresión de puntos cuánticos, etc. Con el tiempo, esto puede convertirse en una tecnología de plataforma.
Enjet también presentará su proceso de impresión electrohidrodinámica ultrafina. Se trata de una tecnología de impresión por chorro de campo cercano que utiliza un campo electrostático. Con ella se pueden conseguir también pequeños rasgos en superficies no planas.
Un enfoque único e innovador es el desarrollado por NanoOps, una empresa derivada de la Universidad Northwestern. Pueden realizar una impresión por transferencia submicrónica (hasta 20 nm). En este caso, el circuito se graba primero en una plantilla. A continuación, esta plantilla se introduce en un lote químico en el que los materiales de las nanopartículas son atraídos por los patrones del circuito bajo la fuerza electrostática. A continuación, esta plantilla se presiona contra el sustrato de destino, por ejemplo, flexible, para transferir el patrón. Esto permite la impresión multicapa de múltiples materiales basada en obleas con una resolución submicrométrica. El proceso se ofrece ahora como una línea de producción modular automatizada Gen2.
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Los enfoques descritos anteriormente no son R2R. Sin embargo, la impresión R2R también está haciendo avances en la resolución.
Kodak presentará su impresión flexográfica de alto rendimiento y alta resolución con una resolución inferior a 10 µm y velocidades de impresión de 10 m/min. Esto podría utilizarse en fotovoltaicos R2R, circuitos activos, elementos de seguridad, antenas transparentes y etiquetas RFID, entre otros.
Asahi Kasei también ha desarrollado un proceso de R2R capaz de alcanzar una resolución submicro utilizando su tecnología de molde de rodillo sin costuras que se modela mediante litografía de haz de electrones. La empresa también está desarrollando sus propias tintas de Cu. Pueden tener muchas aplicaciones, como calentadores transparentes, metalización de interconexiones de pantallas y etiquetas y RFID transparentes. De hecho, Asahi Kasei está evolucionando su negocio para convertirse en un proceso completo de soluciones de etiquetado y trazado utilizando su tecnología RFID transparente.
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Fotovoltaica impresa
La fotovoltaica impresa tiene una larga historia de altibajos. Sin embargo, por fin parece que la tecnología está madurando. En particular, los OPV han colmado la paciencia de los desarrolladores desde los embriagadores días de Konarka. Sin embargo, ahora hay noticias positivas, y por eso las destacamos en nuestro programa.
Una tendencia positiva es que el EQE de los OPV ha empezado a subir de nuevo, rompiendo el largo periodo de estancamiento. Como se muestra a continuación, el cambio a los aceptores no fullerénicos ha ayudado y apoyado esta tendencia.
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Paralelamente, la tecnología de procesamiento ha madurado, y algunos han ampliado su escala a un procesamiento R2R más rápido y de mayor formato. Además, los materiales son ahora más estables, lo que reduce los requisitos de las barreras y facilita los procesos de fabricación.
Además, el espacio de aplicación también ha avanzado mucho. Ya no todo el mundo encasilla los OPV en la misma categoría que los Si PV. De hecho, muchos se están dando cuenta y explotando las características únicas de los OPV, como la buena EQE en interiores, la flexibilidad, la capacidad de personalizar los patrones, etc.
En nuestra conferencia, destacaremos todas las tendencias clave. Armor presentará las nuevas aplicaciones de OPV y Sunew presentará el escalado de la producción de OPV y los retos industriales.
Brilliant Matters, con su creciente cartera de semiconductores e intercalares para OPV, presentará su última generación de materiales fotovoltaicos. Raynergy Tek destacará sus mejores materiales OPV y Philips 66 hablará de sus polímeros fotoactivos adaptados a la impresión industrial de OPV.
Por supuesto, la impresión o el procesamiento R2R de fotovoltaicos no se limita a los fotovoltaicos orgánicos, como se muestra a continuación. También se está avanzando en otras áreas. La impresión R2R de alta velocidad se está aplicando a las perovskitas en Estados Unidos, mientras que la impresión de chorro de tinta se utiliza en los primeros PV comerciales de perovskita impresa. Esta última ha sido desarrollada por Saule Technologies, que también participará en nuestra serie de conferencias y exposiciones interactivas en línea, pero en directo.
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Fotodetectores CMOS híbridos para la detección NIR y SWIR
Como se muestra a continuación, la electrónica impresa puede desempeñar un papel en la fabricación de fotodetectores totalmente impresos e híbridos. Una tendencia interesante es la de los sensores CMOS SWIR híbridos. El CMOS no puede ver el SWIR. En el mejor de los casos, utilizando innovaciones como las zanjas de aislamiento profundas, está logrando alrededor del 40-50% de eficiencia en NIR. Sin embargo, existen innumerables aplicaciones en la gama SWIR en la inspección industrial, la clasificación de textiles, la conducción autónoma y ADAS y otras.
Actualmente, la tecnología elegida es la InGaAs. Es cara para el SWIR y súper cara para el SWIR ampliado. También tiene una resolución baja, ya que el tamaño de los píxeles estaba tradicionalmente limitado por la necesidad de hibridar las matrices de lectura de InGaAs y de Si mediante puntos de soldadura (nota: la tecnología de unión Cu-Cu de Sony cambiará esta situación). Los materiales QD y orgánicos pueden fundirse en solución o evaporarse sobre los ROIC CMOS para crear sensores híbridos capaces de detectar NIR, SWIR e incluso MWIR. Las características de absorción se pueden ajustar mediante la sintonización fina del diámetro del QD.
Se ha avanzado mucho en este sentido. En nuestra serie de conferencias, hemos seleccionado los mejores trabajos. SWIR Vision System es el primero en comercializar un producto QD-CMOS; Emberion, una empresa derivada de Nokia, está a punto de lanzar su producto tras años de desarrollo; IMEC es la principal organización de investigación en este campo, que ha establecido un récord de tamaño de píxel de 0,13um y trabaja en la industrialización del proceso; y Fraunhofer FEP ha completado el mejor trabajo de su clase en fotodetectores orgánicos-CMOS NIR y SWIR.
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