Auf dem Weg zu einer schlanken und flexiblen Logik
Flexibler 32-Bit-ARM-Prozessor von Haus aus
Elektrohydrodynamischer Druck (EHD): Ãœberwindung der Grenzen des Tintenstrahls
Tinten mit Silbernanopartikeln: Aushärtung bei niedriger Temperatur, IME-Kompatibilität und transparente Heizanwendungen
Drucken auf Papier: Auf dem Weg zum R2R-Druck von Multi-Chip-Mehrschichtschaltungen
Gedruckte hybride Schaltungen vom Typ Arduino
In dieser Artikelserie werden wir verschiedene Innovationstrends im Bereich der gedruckten, hybriden, in-mold- und 3D-Elektronik beleuchten. Unser Ziel ist es, den Fortschritt und den Stand der Technik an verschiedenen Fronten aufzuzeigen, vom R2R-Druck auf Papier über dünne ICs, leitfähige Tinten und dehnbare Substrate bis hin zu In-Mold-Elektronik und darüber hinaus.
In diesem Artikel werden Arbeiten von S&S, Enjet, CPI, Parsons, ARM, American Semiconductor, Agfa, Nanogate und CEA-LETI vorgestellt. In den folgenden Artikeln werden wir über Entwicklungen bei Signify, Jabil, Jones Healthcare Packaging, Swarovski, Wuerth, Ntrium, Sunew, XTPL, Identiv, Brilliant Matters, Philips 66, Alpha Assembly, GE Research, ACI, Panasonic, Safi-Tech, DuPont Teijin, VSParticle, Meta, NovaCentrix, Applied Materials, HP, Nano Ops, Brewer Science, e2ip, PolyIC, Kundisch, FIAT, Geely und vielen anderen berichten.
Sie können die Details all dieser Innovationen erfahren, wenn Sie TechBlick-Mitglied werden. Als Inhaber einer TechBlick-Jahreskarte profitieren Sie das ganze Jahr über von Lernangeboten, Schulungen und Netzwerken zu neuen Technologien. Sie haben 12 Monate lang Zugang zu allen unseren virtuellen LIVE-Veranstaltungen, können Inhalte aus unserer Bibliothek mit On-Demand-Inhalten nachholen und von Branchenexperten lernen, indem Sie unser Portfolio an Meisterklassen nutzen.
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Kommende Veranstaltungen
13-15 Oktober:
(1) Elektronische Textilien und Hautpflaster: Hardware und Software
(2) Wearables Sensoren & kontinuierliche Ãœberwachung der Vitalparameter
(3) Gedruckte & flexible Sensoren & Aktoren
1. bis 2. Dezember
(1) Batterie-Materialien: Die nächste Generation und darüber hinaus Lithium-Ionen
(2) Photovoltaik: Perowskit, Organisch, Hybrid und andere Technologien der nächsten Generation
(3) Festkörperbatterien: Innovationen, vielversprechende Start-ups, Zukunftsfahrplan
Q1 2022:
Grenzwertige Materialinnovationen: KI in Materialien, 3D-Druck-Materialien und 5G/6G-Materialien
Das Programm für unsere gemeinsamen Veranstaltungen vom 13. bis 15. Oktober
wird nächste Woche bekannt gegeben.
Zu den Referenten gehören Roche, Medtronics, Ypsomed, Siemens, Microsoft, Jabil, MAS Holding, Williot, Ravensburger, innoME, Trelleborg, Neurosof Bioelectronics, Nutroimcs, Henkel, DuPont, Neteera, Feetme, Binah, Sonde Health, ZSK, Eastprint, VieLight, Atcor, Quad Industries, und viele mehr.
Hin zu einer dünnen und flexiblen Logik
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Ein interessanter Trend ist die Entwicklung von flexiblen und ultradünnen Siliziumchips.
Ein Ansatz wurde von CEA-LETI entwickelt und konzentriert sich auf dünne, in Flex eingebettete Siliziumchips. Der Prozessablauf ist unten dargestellt. Hier wird der Siliziumwafer vorbereitet und eine Opferschicht gebildet. Die flexible Schicht wird beschichtet, die Metalllinien und Bumping-Pads werden vorbereitet, die Dies werden mit der Vorderseite nach unten gekippt und insgesamt ausgedünnt. Schließlich wird die obere flexible Schicht hinzugefügt, bevor die dünne Siliziumschicht, die in ein flexibles Substrat eingebettet ist, definiert und freigegeben wird.
Die Abbildung unten zeigt auch einen Querschnitt, der einen Eindruck von den Materialien und den Abmessungen vermittelt. Bei dem flexiblen Material handelt es sich um ein Siloxanmaterial (SINR), das die Fotolithografie, die Aushärtung bei niedriger Temperatur (80 °C) und die Abscheidung durch Vakuumlaminierung ermöglicht.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens ist, dass potenziell jeder Chip mit einer beliebigen Anzahl von Pins und sogar mit sehr kleinen Abständen unterstützt werden kann. Dies liegt daran, dass die auf Wafer-Ebene hergestellten Metallisierungslinien im Wesentlichen als Umverteilungsschicht fungieren, die die Pins der Chips auf große Bereiche auffächert, die für die mit gedruckter Elektronik erzielten Auflösungen zugänglich sind.
Einige Anwendungsbeispiele finden Sie in der folgenden Abbildung. Hier ist ein RFID-Tag mit einer gedruckten Antenne und einem in Flex eingebetteten RFID-Chip zu sehen. Dies wurde sowohl auf einem PEN- als auch auf einem Polyurethan-Substrat demonstriert.
Diese Bildtafel wurde aus einem LIVE-Vortrag von CEA-LETI bei TechBlick (Mai 2021) erstellt. Werden Sie Inhaber einer Jahreskarte, um diesen Inhalt auf Abruf zu sehen.
Ein weiterer interessanter Ansatz wird von American Semiconductor verfolgt. Hier kann der CMOS-Wafer eines beliebigen IDM oder einer Foundry ausgedünnt und in eine PI-Schicht verpackt werden, wie unten dargestellt. Vereinfacht ausgedrückt wird die oberste Schicht mit PI und Bump oder RDL (Umverteilungsschicht) bedeckt, ein temporärer Träger wird hinzugefügt, bevor das darunter liegende Bulk-Silizium entfernt wird (wobei etwa 10µm Si für aktive Schaltungen übrig bleiben), und das rückseitige Polymer wird hinzugefügt. Schließlich wird der temporäre Träger entfernt und der dünne SoP-Siliziumchip zur weiteren Verarbeitung auf ein Band montiert. Der Einschub zeigt, wie dünn solche verpackten Chips im Vergleich zu den klassischen nackten Chips sind.
Dieses Bildpanel wurde aus einem LIVE-Vortrag von American Semiconductor bei TechBlick (Mai 2021) erstellt. Werden Sie Jahreskarteninhaber, um diesen Inhalt auf Abruf zu sehen.
Eine Einschränkung für diesen Ansatz ist die Inkompatibilität der Auflösung von Siliziumchips, d. h. ihrer Pad-Größe und ihres Pitches, mit der von Drucktechniken. Mit dem oben beschriebenen Verfahren können zwar die meisten CMOS-Wafer verarbeitet und verpackt werden, aber sie lassen sich nicht immer mit der nächsten Ebene, d. h. der Leiterplatte oder einem entsprechenden Bauteil, verbinden.
Um diese Herausforderung zu meistern, kann eine Art Fan-out-RDL erforderlich sein. Im Folgenden wird ein Ansatz gezeigt. Zunächst wird eine Schaltung auf einer flexiblen Leiterplatte mit gedruckten Leitern und Dielektrika erstellt. Leitende Materialien wie ACA oder ACF werden hinzugefügt, und der SoP-IC wird mit der Vorderseite nach unten durch Flipchipping an seinen Platz gebracht. Die obere Deckschicht wird dann laminiert oder beschichtet.
Die Auswirkungen dieses Ansatzes sind ebenfalls unten dargestellt. Man beginnt mit einem 3,8x3,8 mm großen SoP-Bluetooth-IC (in diesem Fall AS-NRF51). Dann wird das flexible Substrat erstellt. In diesem Fall ist es für einen Pitch von 100µm ausgelegt. Schließlich wird das SoP mit der Vorderseite nach unten in das flexible Fan-Out-RDL eingefügt, wodurch das Endprodukt entsteht.
Dies ist ein eleganter Ansatz, der es ermöglicht, die Leistungsfähigkeit von Silizium-ICs in die flexible Hybridelektronik einzubringen. Allerdings ist er heute nicht ohne Einschränkungen. Im Allgemeinen ist der Pad-Abstand bei FPCBs, selbst bei teurem Cu auf PI, auf 25 µm /25µm begrenzt, während viele CMOS-Chips Pad-Abstände oder andere Platzmerkmale unter dieser Größe haben. Daher ist die Auswahl an kompatiblen ICs begrenzt, es sei denn, die Auflösung der Pad-Pitches wird durch Ultrahochdrucktechniken verbessert und/oder die Siliziumindustrie bietet eine große Auswahl an kompatiblen Verfahren an. Letzteres wird sich nur langsam entwickeln, da es sich noch um einen kleinen Markt handelt.
Dieses Bildpanel wurde aus einem LIVE-Vortrag von American Semiconductor bei TechBlick (Mai 2021) erstellt. Werden Sie Jahreskarteninhaber, um diesen Inhalt auf Abruf zu sehen.
32-Bit-ARM-Prozessor mit nativer Flexibilität
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Schließlich möchten wir in diesem Zusammenhang auf die jüngsten Ergebnisse eingehen, die Arm und PramatIC in Nature (Juni 2021) über ihre nativen flexiblen Mikroprozessoren veröffentlicht haben. Dies ist ein wichtiger Fortschritt, da ein 32-Bit-ARM-Mikroprozessor auf flexiblen IGZO-TFTs in einem 0,8-µm-Knoten hergestellt wird. Insgesamt befinden sich 39.157 TFTs und 17.183 Widerstände in diesem 59,2 mm2 großen Chip.
Dies ist deshalb so interessant, weil es sich im Gegensatz zu den anderen oben erwähnten Ansätzen um einen flexiblen IC handelt, der auf TFT- und nicht auf Silizium-Wafer-Technologie basiert. Es wird mit gutem Grund behauptet, dass die Herstellung der IGZO-TFTs auf der Grundlage traditioneller lithografischer TFT-Produktionsmethoden im Vergleich zur Siliziumwafer-Produktion sehr kosteneffizient ist und es ermöglicht, Alltagsgegenstände im Billionen-Maßstab mit leistungsstarken Verarbeitungsfunktionen auszustatten. Es wird argumentiert, dass die anderen Ansätze nicht die gleiche Kostenstruktur aufweisen können, da sie auf der Standard-Silizium-Wafer-Technologie und zusätzlichen Verarbeitungs-/Umwandlungskosten beruhen.
Diese Bildtafel wurde aus dem am 22. Juli 2021 von Arm veröffentlichten Nature-Artikel erstellt. Beachten Sie, dass Arm auch LIVE bei TechBlick (Mai 2021) präsentiert hat. Melden Sie sich an, um diesen Inhalt auf Abruf zu sehen. Um mehr zu erfahren, besuchen Sie unsere LIVE(online) Veranstaltung mit einer Jahreskarte.
Elektrohydrodynamischer Druck (EHD): Die Grenzen des Inkjetdrucks überwinden
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EHD ist eine wichtige Entwicklung für den Ultrapräzisionsdigitaldruck von Funktionsmaterialien, da es die Auflösungsgrenzen herkömmlicher Tintenstrahldruckköpfe durchbrechen kann. Wir werden nicht im Detail auf den Funktionsmechanismus eingehen. Stattdessen wollen wir lediglich die Möglichkeiten und potenziellen Anwendungen dieser Technik aufzeigen.
Die nachstehende Bildtafel, die aus einer Enjet-Präsentation im Mai 2021 auf der TechBlick zusammengestellt wurde, veranschaulicht die Bandbreite der Möglichkeiten. Zunächst fällt auf, dass die Technik die Tropfengröße von klein bis groß steuern kann. In der Tat können Merkmale mit einer Größe von 1 bis 100 Mikrometer gedruckt werden. Als Nächstes ist zu beachten, dass damit verschiedene L/S-Verhältnisse (Linienbreite/Abstand) gedruckt werden können, die 2/2, 25/25 und 80/80 µm umfassen. Und schließlich kann das System auch über nicht flache und 3D-Topografien mit guter Stufenabdeckung drucken. Kurz gesagt, er ermöglicht die digital gesteuerte Abscheidung ultrafeiner Merkmale auf flachen und nicht flachen Oberflächen.
Diese Bildtafel wurde aus einem LIVE-Vortrag von CEA-LETI bei TechBlick (Mai 2021) erstellt. Werden Sie Inhaber einer Jahreskarte, um diesen Inhalt auf Abruf zu sehen.
Die nächste Frage könnte lauten, welche Anwendungen es für den EHD-Druck geben könnte. Die nachstehende Bildtafel, die hauptsächlich aus den Arbeiten von Enjet zusammengestellt wurde, zeigt verschiedene Möglichkeiten. Oben rechts (Bild a) ist die Anwendung für die Reparatur von TFTs zu sehen. Hier kann ein <2µm großes Brückenmuster mit guter Haftung auf der TFT-Oberfläche und geringem Kontaktwiderstand gedruckt werden, das die Reparatur von Defekten auf TFT-Panels ermöglicht und so die Produktionsausbeute erhöht. Dies ist eine hervorragende Technik, die die Stärken von EHD ausnutzt.
Eine weitere Anwendung könnte der Mikrotampondruck für Mikro-LEDs sein (Bild b). Generell werden Mikro-LEDs immer kleiner werden, da die Industrie lernt, immer kleinere Mikro-LEDs herzustellen, ohne dass die Effizienz darunter leidet, und da die Industrie lernt, immer höhere Stückzahlen von LEDs mit guter Ausbeute und Wirtschaftlichkeit zu übertragen. Meiner Meinung nach wird dieser Trend Zeit brauchen, aber er ist unvermeidlich. Wenn die Mikro-LEDs klein werden, könnte der Einsatz des ultrapräzisen EHD-Drucks für die Tamponabscheidung auf großen Flächen sinnvoll sein, insbesondere wenn man den industriellen Mehrkopfdruck mit EHDs in großem Maßstab und mit gleichbleibender Qualität demonstrieren kann. Scrona, Zürich, entwickelt solche EHD-Druckköpfe.
Eine weitere Anwendung könnte das Drucken von QDs sein, insbesondere auf kleinen Mikro-LEDs oder in hochauflösenden, kleinpixeligen Displays. Ein Beispiel ist unten abgebildet. Hier beträgt die Pixelgröße 20x100µm. Weitere Möglichkeiten sind die konforme EMI-Abschirmung mit selektiver maskenfreier Abdeckung und die Erstellung präziser 3D-Elektroden, die den Rand des Mutterglases des Displays umschließen.
Dieses Bildpanel wurde aus einem LIVE-Vortrag von Enjet bei TechBlick (Mai 2021) erstellt. Werden Sie Jahreskarteninhaber, um diesen Inhalt auf Abruf zu sehen.
Silber-Nanopartikelfarben: Low-T-Härtung, IME-Kompatibilität und transparente Heizanwendungen
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Agfa entwickelt seit einigen Jahren ein skalierbares Verfahren für die Massenproduktion von Silber-Nanopartikelfarben. Das Unternehmen verfügt über ein breites Portfolio an Sieb- und Tintenstrahldruckfarben. Letztes Jahr hat das Unternehmen sein Portfolio durch die Übernahme der Ag-NP-Tintentechnologie von Clariant erweitert und kann nun sowohl wasserbasierte als auch lösungsmittelbasierte Tinten anbieten.
Obwohl es Silbernanopartikelfarben schon seit langem gibt, sind immer noch erhebliche Verbesserungen zu verzeichnen. Das nachstehende Diagramm zeigt eine schrittweise, aber wichtige Entwicklung. Hier sehen wir, wie sich die Beständigkeit von Ag-Tinten bei einer bestimmten Aushärtungstemperatur verbessert hat. Am dramatischsten ist der Effekt bei einer Aushärtungstemperatur von 110 °C, aber auch bei 130 °C und sogar 150 °C ist er noch erheblich. Dies ist ein guter Fortschritt, da er die Kompatibilität mit Niedrig-T-Substraten und Anwendungen erweitert.
Ein weiterer interessanter Punkt in der Abbildung unten ist, dass Ag-Nanopartikelfarben auch mit In-Mold-Elektronik (IME) kompatibel sein können, vorausgesetzt, es handelt sich nur um leichte Krümmungsradien. Dies ist interessant, da bei den meisten IME-Beispielen siebgedruckte Funktionsbleche verwendet werden. Dies zeigt jedoch, dass der digitale Funktionsdruck auch mit IME-Techniken kombiniert werden könnte. Bei entsprechender Nachfrage ist zu erwarten, dass zukünftige technische Entwicklungen auch die Kompatibilität mit kleineren Krümmungsradien sicherstellen werden.
Diese Bildtafel wurde aus einem LIVE-Vortrag von Agfa und Nanogate auf der TechBlick (Mai 2021) erstellt. Das rechte Bild zeigt die thermogeformten Inkjet-gedruckten Silber-Nanopartikelfarben. Werden Sie Jahreskarteninhaber, um diesen Inhalt auf Abruf zu sehen.
Eine interessante Anwendung ist die transparente Beheizung von photochromen Motorradvisieren. Eine Herausforderung besteht darin, dass in bestimmten Fällen die Geschwindigkeit des Farbwechsels des photochromen Visiers durch Wärmezufuhr beschleunigt werden muss. Eine herkömmliche Lösung wäre die Verwendung von CNTs oder ITOs als Heizelement gewesen. In diesem Fall zeigten Versuche, dass die Erwärmung aufgrund des hohen Schichtwiderstands zu langsam war und die Erwärmung ungleichmäßig verlief (siehe unten rechts oben). In diesen Fällen können bis zu 40 Sekunden erforderlich sein, um die gewünschte Farbänderung zu erreichen.
Bei mit Tintenstrahldruckern bedruckten Ag-NP-Metallgeweben war der Farbwechsel unter ähnlichen Bedingungen jedoch schneller und gleichmäßiger (10 Sekunden waren ausreichend). Wie unten dargestellt, besteht das Heizelement aus einem per Tintenstrahl gedruckten Metallnetz mit einem Abstand von 2 mm und einer Linienbreite von 70 µm. Dieses wurde gemeinsam mit Nanogate entwickelt. Dies ist eine hervorragende Lösung, deren einziges Manko vielleicht die hohe Reflexion von Ag-Tinten ist, die durch weitere Verarbeitung, kontrollierte Oxidation oder andere Techniken abgeschwächt werden könnte.
Diese Bildtafel wurde aus einem LIVE-Vortrag von Agfa und Nanogate auf der TechBlick (Mai 2021) erstellt. Das Bild oben rechts zeigt ein Beispiel für ein photochromes Motorradvisier. Die Bilder oben links zeigen die Gleichmäßigkeit der Erwärmung mit dem Metallgitter IJP Ag NP. Das Bild unten rechts zeigt die Testeigenschaften und die Merkmale des IJP Ag NP-Metallnetzes. Das untere linke Bild schließlich zeigt die schlechte Gleichmäßigkeit der Erwärmung und die langsame Erwärmungszeit für das Gehäuse mit anderen transparenten Leitschichtlösungen. Werden Sie Inhaber einer Jahreskarte, um 12 Monate lang alle On-Demand-Inhalte zu sehen, an Meisterkursen teilzunehmen und an unseren virtuellen Präsenzveranstaltungen teilzunehmen. Um mehr zu erfahren, besuchen Sie unsere LIVE(online)-Veranstaltung mit einer Jahreskarte.
Drucken auf Papier: Auf dem Weg zum R2R-Druck von Multi-Chip-Multi-Layer-Schaltungen
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Die übliche Wahl ist PI für herkömmliche FPCBs und PET für die aufkommende flexible Hybridelektronik. Beide Materialien basieren jedoch auf Kunststoffen. Um Kunststoff zu vermeiden, kann man auf Papier umsteigen. Dies erfordert jedoch eine umfassende Entwicklung in Bezug auf die Drucktechnik, die Materialauswahl und das Prozess-Know-how. Das ist nicht einfach.
S&S in Taiwan arbeitet jedoch seit 2015 an der Entwicklung einer R2R-Print-on-Paper-Elektronik und hat sich dabei ein umfassendes Know-how angeeignet. Das Unternehmen hat mehr als 20 Tonnen Papier von verschiedenen Lieferanten verwendet und mehr als 100 kg Tinten auf der Grundlage verschiedener Füllstoffe und Drucktechniken getestet. Außerdem wurden 1 Million RFID-Komponenten verwendet.
Das untenstehende Schema zeigt eine ungefähre Darstellung des konfigurierbaren Aufbaus (das Bild des Pick-and-Place und der Chipmontage ist nicht enthalten). S&S verwendet Flexo- und Siebdruck für größere Mengen (z. B. 10 Mio. RFID-Antennen) und Tintenstrahldruck für die Herstellung von Prototypen und Kleinserien (< 100 000 RFID-Antennen). Die Aushärtung für die Massenproduktion erfolgt mittels NIR + Photonics, wodurch eine Aushärtungsgeschwindigkeit von etwa 20 m/min erreicht wird.
Die Bilder oben stammen aus einer Präsentation von S&S bei TechBlick im Mai 2021. Werden Sie Jahreskarteninhaber, um diese Inhalte auf Abruf zu sehen.
Im einfachsten Fall hat S&S mit der R2R-Herstellung von NFC auf Papier begonnen. Diese NFCs waren vor zwei Jahren mindestens doppelt so teuer wie ihre konventionell hergestellten Gegenstücke aus Kunststoff. Jetzt, so S&S, ist die Preisparität erreicht, was dazu beitragen kann, mehr Märkte zugänglich zu machen.
Wichtig ist, dass dies auch der Beginn der technischen Entwicklung ist. Die NFC-Antennen bestehen aus einem kleinen Chip und einer einzigen Metallisierungsschicht. Wie unten gezeigt, wird die Zukunft mehr Chips, mehr Schichten und kompliziertere Schaltungsdesigns hervorbringen. Die folgenden Beispiele zeigen die Integration eines 2-Chip-Tags (NFC- und LED-Chips), die Entwicklung eines 11-Komponenten-Tags (2 aktive Schichten und 10 passive Komponenten) und die Demonstration eines auf Papier gedruckten 6-Schicht-Tags R2R.
Dies ist insgesamt eine sehr vielversprechende Entwicklung. Die Fertigungsanlage für flexible Hybridelektronik (FHE) befindet sich noch in einem relativ frühen Entwicklungsstadium, macht aber Fortschritte.
Die Bilder oben stammen aus einer Präsentation von S&S bei TechBlick im Mai 2021. Werden Sie Jahreskarteninhaber, um diese Inhalte auf Abruf zu sehen.
S&S ist nicht das einzige Unternehmen, das Elektronik auf Papier entwickelt. CPI im Vereinigten Königreich hat zusammen mit verschiedenen Partnern ebenfalls NFC-Etiketten mit R2R-Druck auf Papier demonstriert. Das Bild oben rechts unten (a) zeigt ein Beispiel für ein R2R-gedrucktes Smart Label auf Papierbasis. Hier wurden leitfähige Tinten und Klebstoffe mit Hilfe eines rotierenden Schlitzstempels mit optischer Ausrichtung R2R-gedruckt. Die Montage der elektronischen Chips, die Konvertierung und die Prüfung erfolgten ebenfalls auf R2R-Basis.
Die obigen Bilder stammen aus einer Präsentation, die CPI im Mai 2021 bei TechBlick gehalten hat. Diese Präsentation ist hier auf Abruf verfügbar. Das Bild unten links (c) ist ein Prototyp eines drucksensitiven Helms. Hier ist eine Reihe von gedruckten Drucksensoren (wahrscheinlich aus piezoresistiven Materialien) konform an der 3D-Oberfläche des Helms angebracht. Das rechte Bild (b) ist ein Beispiel für flexible R2R-Hybridelektronik und zeigt ein Etikett zur Überwachung von Feuchtigkeit und Temperatur, das in der pharmazeutischen Lieferkette verwendet wird. CPI hat 5000 Muster hergestellt.
Gedruckte hybride Schaltungen vom Typ Arduino
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Das Bild unten ist ein Beispiel für den Prototyp eines Schaltkreises vom Typ Arduino, der vollständig additiv hergestellt wurde. Die Arbeit wurde auf der TechBlick (Mai 2021) von Parsons vorgestellt. Die Substrate wurden im SLA-3D-Druckverfahren mit einem High-T-Harz von Formlabs hergestellt. Die aktiven und passiven Komponenten wurden dann in die vorgesehenen Bereiche platziert und mit Hilfe des Spritzendrucks verkapselt. Schließlich wurden die Silbermetallisierungslinien und die dielektrischen Schichten im Aerosol-Jet-Druckverfahren auf die Face-up-Matrizen aufgebracht. Hier gibt es keinen komplexen Flip-Chip oder eine RDL-Schicht, da die Verbindungen zwischen Chip und Leiterplatte durch leitende Leitungen hergestellt werden, die den Höhenunterschied zwischen Chip und Leiterplatte überbrücken.
Prototyp einer gedruckten elektronischen Hybridschaltung.
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Dies scheint ein einfacher Prototyp zu sein, aber es müssen viele technische Herausforderungen bewältigt werden, insbesondere da die Oberfläche nicht eben ist. Insbesondere muss die Zuverlässigkeit der Komponenten an den Schnittstellen (siehe unten) geprüft und gewährleistet werden. Eine Hauptursache für die Unzuverlässigkeit an diesen Grenzflächen ist der unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizient der verschiedenen Materialien, der zu Spannungen während der Temperaturwechsel führt. Wie aus der nachstehenden Tabelle hervorgeht, gibt es eine große Bandbreite von Koeffizienten.
Ein besonderer Problembereich kann die Verbindung zu den Face-up-Matrizen sein. Hier lagert Aerosol dielektrische Rampen ab, auf die Ag-Leiterbahnen aufgedruckt werden. Die Leiterbahnen können brechen, abrutschen oder sichtbar werden. Ebenso können Leiterbahnen in Bereichen, die mit Klebstoff gefüllt sind, eine Herausforderung darstellen. In dieser Studie stellte Parsons seine Strategien zur Durchführung von Zuverlässigkeitstests vor.
Prototyp einer gedruckten elektronischen Hybridschaltung.
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Parsons hat auch an gedruckter Hybridelektronik gearbeitet, um komplexe Umverteilungsschichten zu prototypisieren. Ziel ist es, die Kosten und die Durchlaufzeit der Produktion zu senken. Ein Beispiel ist unten abgebildet (es wurde nicht auf der TechBlick gezeigt). Hier wird eine 5-lagige gedruckte RDL demonstriert. Diese besteht aus 11 Schichten gedruckter dielektrischer und leitender Schichten mit 15 separaten Sinterschritten/-profilen. Die unten stehenden Bilder zeigen auch die CAD- und Druckmuster in diesem Fall. Bei der Verwendung der Spritzenabscheidung ist eine Mindeststrukturgröße von 100 µm die Grenze. Mit der Aufnahme der Aerosolabscheidung kann diese auf 20 µm reduziert werden. Weitere Techniken wie EHD oder Mikrodosierung von XTPL könnten meiner Meinung nach die Auflösungsgrenze weiter auf etwa 1-5 µm senken, was es ermöglichen würde, Prototypen und kleine Produktionsläufe von komplexen RDL mit kleinen Strukturgrößen herzustellen.
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