(der folgende Text ist automatisch transkribiert)
Löten bei niedriger Temperatur
Das erste Thema ist das Löten bei niedrigen Temperaturen. Wenn Sie über flexible Leiterplatten nachdenken, werden Sie feststellen, dass viele der flexiblen Leiterplatten auf einem Substrat basieren. Das liegt unter anderem daran, dass PI eine relativ hohe Temperatur verträgt, die ein automatisiertes Reflow-Lötverfahren ermöglicht.
Das ist einer der Gründe, warum man natürlich auch auf PET löten kann, aber normalerweise geschieht dies manuell. Der Grund dafür ist, dass man beim manuellen Löten das Temperaturprofil des Lötvorgangs viel besser kontrollieren und sicherstellen kann, dass es die Grenzen von PET nicht überschreitet.
Inzwischen gibt es jedoch einige sehr interessante Ansätze, die es ermöglichen, auf Substraten wie PET zu löten. Einer der interessanten Ansätze stammt von unserem Goldsponsor NovaCentrex. Sie setzen ihr gepulstes Beleuchtungssystem beim Löten ein, so dass man die Verbindungen einer hohen Lichtdosis aussetzen kann und das gepulste Licht die Verbindung bildet, ohne dass das eigentliche Substrat eine hohe Temperatur erfährt.
Und was noch interessanter ist, ist, dass dieser Prozess, wenn das Sinterprofil optimiert ist, innerhalb von Millisekunden ablaufen kann. Das bedeutet, dass man wirklich Rolle auf Rolle mit hohem Durchsatz auf Substraten wie PET löten kann.
Eine weitere sehr interessante Innovation ist in der Mitte dieser Folie zu sehen, und sie ist interessant, weil sie von der gleichen Stelle stammt, wo das SAC305-Lot geboren wurde: Iowa State University.
Das Unternehmen, das es vermarktet, ist ein Startup namens Safi-Tech. Sie entwickeln ein SAC305-Mikrokapsellot, das bei nur 120 Grad Celsius auf PET aufgebracht werden kann.
Das ist wirklich interessant, denn es bedeutet, dass man die Eigenschaften von Lötmitteln kombinieren kann, einschließlich der automatischen Selbstausrichtung, was die Belastung der Bestückung verringert, da sie bei einem Substrat mit niedriger Temperatur nicht so genau sein muss.
All dies bedeutet, dass die flexible Hybridelektronik näher an die Realität heranrückt, weil man von Rolle zu Rolle metallisieren, von Rolle zu Rolle bestücken und auch bei relativ hohen Geschwindigkeiten, aber vor allem bei niedrigen Temperaturen, löten kann.
Aber auch bei den leitfähigen Klebstoffen sind viele interessante Trends zu beobachten. Einen davon möchte ich hier besonders hervorheben, und zwar den von CondAlign. CongAlign hat ein sehr interessantes Verfahren. Dabei werden elektrische Felder genutzt, um die Füllstoffe im Inneren des Trägers vertikal auszurichten oder Ketten zu bilden. Der Hauptvorteil besteht darin, dass eine anisotrope Wärme- oder elektrische Leitfähigkeit erreicht werden kann, ohne dass ein hoher Füllstoffgehalt erforderlich ist. Und gerade die Füllstoffe sind oft der teure Teil dieser Art von leitfähigen Klebstoffen. Man kann also die Füllstoffmenge um, sagen wir, 80 bis 90 Prozent reduzieren.
Hier sehen Sie also ein Beispiel auf der rechten Seite. Auf der oberen Seite sind die Partikel zu sehen, die sich in der Wirtszelle in zufälliger Verteilung befinden. Auf dem zweiten Bild rechts in der Mitte können Sie sehen, dass die Partikel unter einem elektrischen Feld vertikal ausgerichtet wurden. So wird die für die gleiche oder bessere Leistung erforderliche Menge reduziert.
Und wie Sie auf dem Bild unten sehen können, kann dies in Form von Platten geschehen. Dies geschieht nun von Rolle zu Rolle. Die Dicke der Platten kann je nach Kundenwunsch variiert werden. Und auch die Teilungsdichte ist jetzt hervorragend, und das Verfahren wird jetzt hochskaliert.
Ich denke also, dass es sich hierbei um eine interessante Innovation handelt, die dazu beitragen kann, die Kosten zu senken und gleichzeitig die Leistung bestehender Optionen zu übertreffen oder zumindest gleichzuziehen.
Gedruckte Elektronik in der Großflächenbeleuchtung
Ein weiterer interessanter Trend ist die gedruckte Elektronik in der großflächigen LED-Beleuchtung. Ich denke, dass gedruckte Elektronik oder gedruckte Schaltkreise oder Metallisierung schon seit einiger Zeit in der LED-Beleuchtung eingesetzt werden.
Und einer der Hauptvorteile ist, wie Sie auf der linken Seite sehen können, und das ist von einer Firma namens Kundisch, dass man kundenspezifische Muster auf der Oberfläche erzielen kann und dann die LEDs auf diese kundenspezifischen Muster aufbringen kann. Das bedeutet, dass man die Form, die Geometrie oder das Design haben kann, das man sich wünscht, indem man die gedruckte Schaltung auf einem flexiblen Substrat oder auf einem größeren Substrat anbringt.
Ein weiterer interessanter Trend ist, dass es diese Technologie schon seit einiger Zeit gibt. Es gibt Unternehmen, die bereits vor vier oder fünf Jahren mit der Kommerzialisierung dieser Technologie begonnen haben, aber jetzt nimmt sie an Fahrt auf, und es wird alles von Rolle zu Rolle gemacht.
Hier kann man also die Prins, die Metallisierungen und auch die mit den Komponenten verbundenen Materialien von Rolle zu Rolle verarbeiten und auch die LEDs auf einem flexiblen, anpassungsfähigen Substrat von Rolle zu Rolle montieren, was einen hervorragenden Durchsatz ermöglicht. Dies kann ein ausgezeichneter Produktionsprozess für die Herstellung flexibler, anpassungsfähiger LED-Folien sein.
Ich denke also, dass dies wieder ein interessanter Bereich ist, den man im Auge behalten sollte. Dieses spezielle Beispiel, das ich hier hervorgehoben habe, stammt vom Holst Center in den Niederlanden.
Gedruckte Elektronik in microLED-Displays
Aber wenn wir schon beim Thema LEDs sind: Ich denke, einer der heißen Trends in der Display-Industrie ist natürlich microLED.
Sie sind fantastisch, aber sie sind schwer zu produzieren. Wie Sie auf der rechten Seite sehen können, gibt es sie in vielen, vielen verschiedenen Formen und sie können in verschiedenen Arten von Displays eingesetzt werden, von kleinen Displays, Mikro-Displays, bis hin zu sehr, sehr großflächigen Displays. Und es gibt viele Methoden für die Übertragung der Tinte, die Übertragung auf die LEDs und so weiter.
Ein Punkt, der oft vernachlässigt wird, ist die Frage, wie man das eigentliche Substrat metallisieren kann. Sobald die LEDs erstellt sind, müssen sie auf das Muttersubstrat übertragen werden, und es muss eine Metallisierung auf dem Substrat erfolgen, was durch PVD geschehen kann. Dann muss man eine Verbindung zwischen der Vorderseite des Substrats, in der Regel Glas, und der Rückseite herstellen, indem man ein Via herstellt und dieses Via füllt.
Jetzt schlagen Unternehmen jedoch vor, diese Metallisierung und auch die Verbindung von der Vorderseite zur Rückseite im Siebdruckverfahren herzustellen.
Dies ist ein Beispiel von Applied Materials. Es stammt aus der italienischen Gruppe. Sie können sehen, dass die Siebdruckelektroden um den Rand des Glases gewickelt sind und die Vorderseite mit der Rückseite verbinden, und sie erreichen ein Verhältnis von Linienbreite zu Abstand von etwa 60 zu 40 Mikrometern.
Der Vorteil ist eindeutig, dass man keine Durchkontaktierungen braucht und additiv drucken kann. Ich denke also, dass dies ein sehr interessanter Ansatz ist, und dies ist ein technisches Problem, das, sagen wir mal, nicht so sexy ist wie das Ãœbertragungsproblem. Es wird also weniger beachtet, ist aber genauso wichtig. Und ich denke, dass der Druck hier eine interessante Rolle spielen kann.
Herausforderung der Ãœbertragung bei microLED
Aber natürlich ist die Übertragung ein großes, großes Problem, wenn es um die Herstellung von Mikro-LEDs geht.
Auf der linken Seite können Sie sehen, dass Mikro-LEDs sehr klein sind. Dieses Diagramm zeigt Ihnen einen Größenvergleich mit, sagen wir, Haaren, die im Vergleich zu Mikro-LEDs relativ groß sind, sowie mit Staub und Viren. Beachten Sie, dass die X-Achse logarithmisch ist.
Das Diagramm auf der rechten Seite zeigt die Anzahl der ausgefallenen Chips für eine bestimmte Ausbeute bei verschiedenen Auflösungen, und der Einschub ist eine Art vergrößerte oder gezoomte Version davon.
Im Grunde genommen muss die Ausbeute des Prozesses sehr, sehr hoch sein, um sehr wenige fehlgeschlagene Formen zu erreichen. Und das ist natürlich eine große Herausforderung, wenn man die Ausbeute über den gesamten Prozess, einschließlich Metallisierung, Transfer, Bonding und so weiter und so fort, zusammenfasst.
Digitaldruck in der Display-Reparatur
Es besteht also ein Bedarf an Reparaturen. Und eine Möglichkeit, die die gedruckte Elektronik bietet, ist der digitale Präzisionsdruck auf 3D-Oberflächen.
Ich möchte hier ein sehr interessantes Unternehmen aus Polen vorstellen. Sie haben einen Digitaldrucker, mit dem sie mit ihren eigenen viskosen Silbernanopartikeln sehr, sehr feine Linien erzeugen können.
Oben links sehen Sie Beispiele, bei denen sie, sagen wir, eine 3,2-Mikrometer-Linie mit einem Abstand von nur 0,7 mm gedruckt haben.
Unten links sehen Sie Beispiele für die Anwendung dieser Technologie zur Reparatur offener Defekte in hochauflösenden Displays.
Natürlich könnte dies auf microLED, aber auch auf andere Arten von Displays angewendet werden. Dies ist wirklich interessant, weil es zeigt, wie sich die Auflösung von Druckverfahren dramatisch verbessert.
Hier auf der rechten Seite sehen Sie einen Vergleich dieses Verfahrens mit einigen anderen Arten von additiven Verfahren, einschließlich Tintenstrahl- und Aerosolverfahren und so weiter. Interessant ist, dass man hier sehr gute Merkmalsgrößen, sehr kleine Merkmalsgrößen und auch eine gute Tintenviskosität erreichen kann.
Es handelt sich also um ein Verfahren, das nicht nur für die Reparatur von Defekten in hochauflösenden Bildschirmen geeignet ist, sondern auch in der Sicherheitstechnik, beim Prototyping von Umverteilungsschichten, in elektronischen Verpackungen und in vielen anderen Bereichen eingesetzt werden könnte.
R2R-Druck mit hoher Auflösung und hoher Geschwindigkeit
Aber ich denke, der Trend zu einer besseren Auflösung ist nicht nur auf den Digitaldruck beschränkt, und ich möchte hier hervorheben, dass auch der Rollendruck Auflösungen erreicht, die in den frühen Tagen der gedruckten Elektronik nicht üblich waren.
Ich erinnere mich, als ich vor etwa 10 Jahren in diesen Bereich einstieg, war eine meiner ersten Begegnungen mit einem Unternehmen, das R2R-Druck auf dem neuesten Stand der Technik betrieb und eine Linienauflösung von etwa 18 Mikrometern erreichte.
Hier ist ein Beispiel von Kodak, das zeigt, dass man im Rolle-zu-Rolle-Flexodruck eine Linienauflösung von fünf Mikrometern erreichen kann, während der Prozess mit einer Geschwindigkeit von 100 Metern pro Minute läuft.
Und das ist sehr interessant. Und wie Sie unten rechts sehen können, hat ein Teil der Innovation mit der Art und Weise zu tun, wie sie ihre Druckvorlagen gestalten. Einer der wichtigsten Punkte dabei ist die Art und Weise, wie die Punkte hergestellt werden, damit sie eine flache Oberseite haben.
Transparente Antennen
Und eine der Anwendungen sind transparente Antennen. Und hier handelt es sich nicht um einen direkten, additiv gedruckten Ansatz. Es handelt sich um einen hybriden Ansatz. Sie können dies unten links sehen. Es handelt sich um einen hybriden Ansatz, denn er beinhaltet eine Farbmusterung mit Flexodruck und R2R-Druck, und dann durchläuft der Prozess eine galvanische Beschichtung von Rolle zu Rolle, um ihn weiter zu metallisieren.
Aber wenn Sie sich die Tabelle unten rechts ansehen, können Sie einige sehr interessante Parameter erkennen. Sie erhalten also ein Metallgewebe mit einer Linienbreite von sieben bis acht Mikrometern mit einem Schichtwiderstand von gerade einmal sechs Ohm pro Quadrat und einer sehr guten Transparenz von etwa 90,5 Prozent und einer grünen Farbe bei 550 Nanometern.
Und die Anwendung, auf die Sie abzielen, ist eine transparente, gedruckte, transparente Antenne, deren Design an verschiedene Anforderungen angepasst werden kann, einschließlich GPS, LTE und Wi-Fi und so weiter und so fort.
Hautpflaster und Medizinelektronik
Ein wichtiger Bereich der gedruckten flexiblen Elektronik sind medizinische Elektroden, für die es zahlreiche Anwendungen gibt.
Eine der Grenzen der Entwicklung liegt in der Verwendung von elektronischen Hautpflastern für die kontinuierliche Gesundheitsüberwachung. Und natürlich ist dieser Bereich mit dem Übergang von der standardmäßigen Blutzuckermessung zur kontinuierlichen Blutzuckermessung und allen Arten der kontinuierlichen Überwachung der Herzfrequenz, die heute ein Milliardengeschäft sind, extrem wichtig geworden.
Und der Druck kann hier wirklich eine Rolle spielen. Das Beispiel, das ich hier hervorheben möchte, ist die Entwicklung des Holst Center, das eine Komplettlösung entwickelt hat. Es handelt sich um ein klinisches Einwegpflaster mit einer wiederverwendbaren Elektronik, mit Trockenelektrode usw. Und die Trockenelektrode enthält eine gedruckte Metallisierung. Damit kann man EKG, Atmung und Temperatur messen. Und es ist für sieben Tage kontinuierliche Überwachung geeignet. Es handelt sich also um eine Komplettlösung, vom Klebstoff über die gedruckten Leitungen bis hin zur starren Elektronik und so weiter. Und ich denke. Es zeigt Ihnen, was mit gedruckter Elektronik möglich ist.
Das Beispiel auf der rechten Seite stammt von einem anderen Unternehmen, Screentec Oy. Das violett-rote Bild oben rechts ist eine medizinische Elektrode mit integrierten Oberflächenmetallbauteilen auf der Oberseite. Und das Bild unten rechts ist ein Beispiel für einen Siebdruck-Sensor, der Skelettmuskelaktivitäten erkennen kann. Sie können also sehen, dass alle Arten von Elektroden gedruckt werden können.
Stretchable conductive inks for e-textiles
Und da wir gerade beim Thema Hautpflaster sind: Es wurde auch viel über elektronische Textilien diskutiert. Eine Überschneidung zwischen elektronischen Textilien und gedruckter Elektronik ist oft das Drucken der Verbindungen oder das Drucken der Dehnungssensoren.
In den ersten Tagen, vielleicht vor vier oder fünf Jahren, brachten Unternehmen die erste Generation leitfähiger dehnbarer Druckfarben auf den Markt.
In den letzten, sagen wir mal, zwei Jahren bieten die Unternehmen nicht nur dehnbare, leitfähige Tinten an, sondern das gesamte Portfolio an dehnbaren Tinten, die für die Herstellung elektronischer Textilien benötigt werden. Und dazu gehören natürlich die Silbertinten, aber auch die Kohlenstofftinten, die dielektrische Tinte und der leitfähige Klebstoff.
Das Beispiel, das ich hier ausgewählt habe, stammt von Nagase. Wie Sie sehen können, gibt es eine Silbertinte, die um 100 Prozent gedehnt werden kann. Sie haben eine Kohlenstofftinte und sogar einen sehr guten Klebstoff.
Das Diagramm in der Mitte zeigt die Eigenschaften des Klebstoffs. Er kann bis zu 30 % gedehnt werden, wobei die Hysterese sehr gering ist. Und er kann auch bei 180 Grad Celsius ausgehärtet werden. Ich denke, dass die Klebstoffe im Gesamtsystem sehr, sehr wichtig sind.
Das Diagramm unten rechts habe ich ausgewählt, weil es zeigt, dass der Widerstand geringer ist, wenn man nur mit Silber gedruckte Linien hat, als wenn man einen Stapel gedruckt hat, einen Stapel aus Silber, Kohlenstoff und Dielektrika. Aber wenn man einen Stapel hat, macht man ihn besser abwaschbar. Und in diesem Fall kann man sehen, dass das Material oder der Materialstapel nach 100 Waschzyklen besser abschneidet. Der Gesamtwiderstand hat sich in geringerem Maße verändert.
Medizinische Elektronik: R2R-Volumensiebdruck
Zurück zum Thema Elektroden. Was ich hier hervorheben möchte, ist, dass dies ein ziemlich großes Geschäft ist. Ich möchte Ihnen nur ein Beispiel zeigen, das von Mekprint aus Dänemark stammt.
Das Beispiel, das Sie auf der rechten Seite sehen, sind EKG-Elektroden, die im Siebdruckverfahren von Rolle zu Rolle hergestellt werden. Von dieser Anwendung werden mehr als hundert Millionen Stück pro Jahr verkauft.
Das Beispiel, das ich auf der linken Seite zeige, ist ein Inkontinenzsensor. Auch er wird im Siebdruckverfahren von Rolle zu Rolle gedruckt. Der Grund, warum dies interessant ist, ist, dass hier leitfähige Kabelleitungen tatsächlich von Rolle zu Rolle auf ein dehnbares Vliesmaterial gedruckt werden. Auch hier handelt es sich um eine kommerzielle Anwendung, und der gedruckte Sensor ist Teil einer Komplettlösung, einschließlich der starren Elektronik, der Kommunikation und so weiter und so fort.
R2R gedruckte Displays
Wenn wir also über den Rotationsdruck sprechen, möchte ich nur dieses Beispiel der elektrochromen Displays hervorheben.
Elektrochrome Displays gibt es eigentlich schon seit geraumer Zeit, und in den ersten Tagen erfolgte die Produktion manuell und war sehr langsam. Aber jetzt hat das Unternehmen Ynvisible den Prozess von der Rolle auf die Rolle gebracht.
Hier sehen Sie ein Beispiel für eine Rolle-zu-Rolle-Maschine, und der gesamte Prozess erfolgt von Rolle zu Rolle. Der Druck, die Konvertierung, das Testen, alles kann auf den Rolle-zu-Rolle-Maschinen stattfinden.
Und natürlich hilft dies, die Kosten zu senken und die Mengenanforderungen zu erfüllen.
Und eine aktuelle Anwendung, die erst vor wenigen Monaten angekündigt wurde, ist die hier in der Mitte gezeigte Anwendung, bei der die elektrochromen Displays an der Verpackung angebracht sind, um den Zustand des Hackfleischs auf seinem Weg durch die Wertschöpfungskette kontinuierlich zu überwachen.
Ynvisible ist nun in der Lage, Kunden von der Forschungs- und Entwicklungsphase über die Designphase bis hin zur Pilot- und Serienproduktion aus einer Hand zu betreuen.
Innovationen bei gedruckten Sekundärbatterien
Während ich also über elektrochrome Displays sprach, stieß ich auf diese Entwicklung bei gedruckten Batterien. Der Grund, warum ich mich dafür entschieden habe, ist das Beispiel auf der unteren rechten Seite.
Wenn Sie sich also dieses Beispiel ansehen, haben Sie auf der linken Seite ein NFC-Ladegerät. Oben befindet sich ein elektrochromes Display und in der Mitte eine gedruckte, vollständig gedruckte Batterie, eine Sekundärbatterie.
In ein paar Sekunden kann man sie aufladen und dann zum Betreiben des elektrochromen Displays verwenden. Meiner Meinung nach eine sehr interessante Innovation, denn es handelt sich um eine einzigartige, langlebige Polymer-Festkörperbatterie.
Das Unternehmen, das sie liefert, ist Evonik.
Sie können die Schlämme als Teil Ihres eigenen Produktionsprozesses im Siebdruckverfahren bedrucken, um Ihre eigenen Design- und Geometrieanforderungen zu erfüllen. Es sind keine Giftstoffe enthalten und es handelt sich um eine Sekundärbatterie. Ich denke also, dass damit einige der größten Probleme in unserer Branche gelöst werden können.
Und natürlich wissen wir alle, dass die Industrie den Verkauf von Münzen genutzt hat, obwohl es gedruckte Batterien gab (natürlich mit einigen sehr guten Ausnahmen). Gedruckte Batterien werden kommerzialisiert, wurden kommerzialisiert).
Ich denke, dass dies wirklich eine interessante Entwicklung in der Branche ist.
Vollständige R2R-Prozessverknüpfung
Ich möchte Ihnen ein Beispiel für ein voll integriertes Inline-Roll-to-Roll-System zeigen, das sowohl digitale als auch analoge Prozesse integriert. Dieses System stammt von Coatema und ist wirklich interessant, weil es alles in einer Maschine vereint: Abwickler, Trockner, Lasermusterung, Rotationssiebdrucker, Tintenstrahldrucker, Inline-Inspektion und Kühlung.
Sie können also sehen, dass man fast eine Gießerei von Rolle zu Rolle in einem Kastensystem haben kann.
Auf der rechten Seite sehen Sie einige Beispiele für die verschiedenen Elemente der Maschinen, die in den verschiedenen Phasen eingesetzt werden.
Coatema ist ein fantastisches Unternehmen mit vielen, vielen Jahren Erfahrung in diesem Bereich. Sie ermöglichen das Prototyping und Testen von Druckfarben und Konzepten auf ihren Maschinen. Und sie müssen über eine umfassende und langjährige Erfahrung in diesem Bereich verfügen.
Gedruckte organische und Perowskit-Photovoltaik
Ich habe eingangs erwähnt, dass gedruckte Elektronik und Photovoltaik natürlich sehr eng miteinander verbunden sind. Wir wissen, dass gedruckte Stromschienen in Solarzellen verwendet werden, und das ist bereits eine große Anwendung.
Und, wissen Sie, man hat viele Jahre lang versucht, auch organische Photovoltaik zu drucken. Und der Höhepunkt, die Flitterwochen, waren, als es Konarka gab.
Einige von Ihnen erinnern sich vielleicht an Konarka, das amerikanische Unternehmen, das weit über hundert Millionen Dollar einnahm. Und am Ende sind sie gescheitert. Sie haben die Branche dramatisch aufgebläht. Sie versprachen zu viel. Und nach dem Scheitern von Konarka ging die Branche in eine lange Zeit der Wildnis über. Sie war verloren.
Und, wissen Sie, sie verlor die Aufmerksamkeit für Perowskite, weil Perowskite eine sehr, sehr schnell wachsende Effizienz aufwiesen.
Aber ich denke, OPV sind wieder im Kommen. Sie stehen auf der Tagesordnung und zeigen plötzlich rasante Verbesserungen des Wirkungsgrads.
Das Diagramm hier wurde uns von Brilliant Materials aus Kanada zur Verfügung gestellt und zeigt die Materialien, die entwickelt werden, um die Effizienz von OPV weiter zu verbessern.
Außerdem findet eine Verlagerung von Fulleren zu nicht auf Fulleren basierenden Akzeptoren statt, was diesen Trend beschleunigt.
Es gibt jetzt viel mehr Produktions-Know-how auf diesem Gebiet. Die Unternehmen gehen also dazu über, größere Formate zu drucken, schneller zu drucken und die Morphologie der gedruckten Akzeptor-Donor-Mischung auf dem Substrat viel besser zu kontrollieren.
Sehr interessant ist meiner Meinung nach auch das Beispiel auf der rechten Seite. Es stammt von EMS, das, glaube ich, aus Kodak hervorgegangen ist.
Das Unternehmen versucht, die Produktion von Perowskiten von Rolle zu Rolle zu steigern. Sie drucken auf ein flexibles 100-Mikrometer-Glas.
Das Bild in der Mitte zeigt also, wie das Metallnetz auf ein flexibles Glas von 100 Mikrometern gedruckt wird. In diesem Beispiel waren sie in der Lage, mit bis zu 60 Metern pro Sekunde zu arbeiten. Aber natürlich ist der ganze Prozess ein bisschen langsamer.
Wie Sie auf der rechten Seite sehen können, gehen sie von einer Pilotrolle zu einer Pilotmaschine bis hin zu einer Maschine in sehr großem Maßstab.
Die Idee dabei ist, dass sie es auf einer 1,5 Meter langen Bahn mit einer angestrebten Bahngeschwindigkeit von 30 Metern pro Sekunde machen wollen. Und wenn alles gut geht, könnte dies eine große Anwendung für flexibles Glas sein. Eine große Erfolgsgeschichte für den R2R-Druck, die Schaffung einer 4-GW-Rollendruck- oder Beschichtungsfabrik für Perowskite.
Natürlich gibt es noch viel Entwicklungsarbeit zu leisten. Aber nichtsdestotrotz zeigt dies die Art der Absicht und wie weit diese Unternehmen gekommen sind.
3D-gedruckte Elektronik: Intelligenz auf 3D-Oberflächen
Lassen Sie uns nun ein wenig über gedruckte 3D-gedruckte Elektronik sprechen. Auch das ist ein sehr interessanter Bereich. Und ich denke, grob gesagt, kann man es in zwei Richtungen unterteilen. Die eine ist die Metallisierung eines bereits 3D-geformten Substrats.
In der oberen Reihe sehen Sie Beispiele dafür. Hier sehen Sie die Metallisierung einer Antenne auf einem 3D-Substrat. Sie können Beispiele in der Automobilindustrie, in einer Heizung und auch in einem medizinischen Gerät sehen. Und es gibt noch viele andere Anwendungen. Natürlich war der Antennendruck die größte Anwendung. Aber ich denke, es werden noch mehr kommen.
Die untere Reihe zeigt Beispiele für 3D-gedruckte Elektronik, bei denen gedruckte Elektronik mit klassischem 3D-Druck kombiniert wird, um Schaltkreise und manchmal oberflächenmontierte Geräte innerhalb und außerhalb eines 3D-gedruckten Objekts mit einer sehr komplexen Form zu erstellen
Hier sehen Sie Beispiele, bei denen die Teile in eine Art Gerät oder in eine Eiform integriert wurden.
Damit kann man wirklich Intelligenz in den 3D-Druck bringen. Anstatt also nur mechanische Objekte zu erstellen, könnte man auch die Elektronik in das 3D-gedruckte Objekt integrieren. Und wenn man einen nahtlosen Design- und Produktionsprozess hat, kann das viele fantastische Möglichkeiten eröffnen.
Ein gutes Beispiel dafür ist die Firma Neotech AMT aus Nürnberg in Deutschland, die einige der besten Maschinen in diesem Bereich hat.
Drucken von PCBs auf alle Arten von Substraten
Natürlich werden Leiterplatten geätzt und nicht gedruckt, aber ein Trend, der vielleicht vor vier oder fünf Jahren begonnen hat und jetzt allmählich ausgereift ist, besteht darin, die Leiterplatten tatsächlich zu drucken.
Ein Beispiel dafür ist das kanadische Unternehmen Volterra. Sie haben einen Desktop-Drucker, mit dem man die leitenden Leitungen drucken kann. Man gibt also eine Gerba-Datei in das Gerät ein und es druckt die Metallisierungslinien. Er kann die Durchkontaktierungen erstellen, Lötmittel oder leitende Klebstoffe auftragen und auch den Reflow-Prozess durchlaufen.
Dies ist eine interessante, schlüsselfertige Desktop-Lösung mit vielen Anwendungsmöglichkeiten im Prototyping für alle neuen Forschungszentren, für Gruppen, die versuchen, verschiedene Arten von Schaltungen zu entwerfen und auszuprobieren. Und natürlich auch für Universitäten.
InMold Electronics: Abheben
IME ist ein weiterer Trend, der beobachtet werden sollte, da er zu reifen beginnt. Ich glaube, die große Geschichte vor vielen Jahren war, dass Ford die Overhead-Konsole, die mit In-Mold-Elektronik hergestellt wurde, akzeptierte, dann aber das Produkt zurückrufen musste, weil es Mängel gab.
Aber die Entwicklung ging hinter den Kulissen weiter. Vor ein paar Jahren kamen dann kleine Anwendungen für Wearables und Verbrauchergeräte auf.
Dann gab es Anwendungen für Heizungen, die in das Deckglas von LED-Leuchten für Autos eingebettet wurden, um das Abtauen zu beschleunigen.
Und ich glaube, wir sind jetzt an einem Punkt angelangt, an dem wir sehr bald Anwendungen im Innenraum von Autos erwarten können, die mit Hilfe von In-Mold-Elektronik hergestellt werden.
Dieser Prozess hat also einen weiten Weg zurückgelegt, von der Entwicklung der gesamten Materialien bis hin zur Entwicklung der sehr komplexen Prozesse, die eine sehr steile Lernkurve für die Industrie mit sich brachten, wie das Drucken aller benötigten Schichten, das Umformen und Aushärten.
Das ist ein ziemlich komplexer Prozess. Aber jetzt hat die Branche Erfahrung gesammelt. Die Industrie ist in der Lage, ein komplexes Design, integrierte Beleuchtung und verschiedene Funktionen in die kleine Elektronik zu integrieren.
Ich glaube also, dass dies ein Trend ist, der sich wirklich durchsetzt. Aber ich möchte zeigen, dass die 3D-Formung und das Dehnen sowie das Aufbringen von Funktionsschichten nicht nur in der Elektronik Anwendung finden. Ein sehr gutes Beispiel ist das Unternehmen Kimoto.
Sie haben diese drei formbaren Diffusionsfolien entwickelt. Sie können dies auf der rechten Seite sehen. Die Idee ist, dass diese Folie, wie Sie unten rechts sehen können, um bis zu 200 Prozent in eine beliebige Form gedehnt werden kann, die Sie wünschen.
Dies ist eine Lichtstreufolie, und der Zweck ist oben rechts dargestellt. Anstelle von diskreten LED-Lichtern sieht es also eher wie eine kontinuierliche Beleuchtung aus. Mit diesen 3D-verformbaren Diffusionsfolien kann man also eine hervorragende Lichtverteilung erreichen.
Außerdem ist die Folie in der Lage, die Wärme gut abzuleiten und somit einen Großteil der Wärmepunkte zu verbergen.
Bedruckte transparente Heizung im Auto
Gedruckte transparente Heizelemente sind - entschuldigen Sie das Wortspiel - ein heißes Pflaster, denn es gibt nicht viele gute Lösungen für das Drucken transparenter Heizelemente, und viele der sich abzeichnenden Lösungen beinhalten das Drucken.
Ein Ansatz besteht darin, einen sehr, sehr feinen Graben in das Substrat einzubetten, die Keimschicht zu drucken und dann zu galvanisieren, so dass man am Ende sehr feine, aber tief eingebettete Kupferlinien, die hoch leitfähig sind, in einem Substrat hat und über große Flächen mit sehr feinen Metallgittermerkmalen hervorragende Ergebnisse erzielt. So erhält man sowohl eine sehr geringe Konnektivität als auch eine sehr hohe Transparenz.
Ein anderer Ansatz stammt von der Firma Chasm aus Massachusetts, die ein eigenes Material entwickelt hat, bei dem es sich meines Wissens um eine Kombination aus Silbernanodrähten und Kohlenstoffnanoröhren handelt, die im Siebdruckverfahren hergestellt werden können.
Wenn man es im Siebdruckverfahren auf eine Folie aufträgt, kann man, wie im Beispiel unten zu sehen ist, ein Heizgerät herstellen, das, glaube ich, 120 Grad Celsius oder mehr erreicht.
Auf der rechten Seite sehen Sie ein Beispiel, bei dem diese Folie auf der Frontpartie eines Autos angebracht wurde. Und Sie können sehen, wie das Temperaturprofil tatsächlich gestiegen ist.
Kupfertinten: Wurden die Herausforderungen gemeistert?
Natürlich sind die Geschichte der gedruckten Elektronik und der leitfähigen Druckfarben miteinander verwoben. Und viele Jahre lang hat man versucht, Kupferringe als Ersatz für das teure Silber herzustellen, ohne großen Erfolg.
Dabei gab es zwei große Probleme. Eines davon war die Aushärtung ohne Oxidation. Es waren also spezielle Geräte oder besondere Bedingungen erforderlich, was oft zusätzliche Kosten und Geräte mit sich brachte und auch dazu führte, dass Kupfer nicht als Ersatz in Frage kam.
Ein weiteres Problem war, dass die Kupferfarbe nicht leitfähig genug war. Man musste also eine so dicke Schicht aufdrucken, dass die Kostenvorteile verloren gingen.
Inzwischen gibt es einige Kupferprodukte auf dem Markt, die sehr vielversprechend zu sein scheinen. Als Beispiel möchte ich ein Unternehmen aus Israel, Copprint, anführen.
Ihr eigenes Benchmarking können Sie hier sehen. Das ist ein Benchmarking, das das Unternehmen selbst durchgeführt hat. Sie sehen hier ein Beispiel für die Leitfähigkeit im Verhältnis zur Sinterzeit ihres Kupfers im Vergleich zu einer Reihe von Tinten mit Nanopartikeln und anderen Arten von Tinten. Es handelt sich um ein Verfahren, bei dem gedruckt, getrocknet und dann sehr schnell gesintert wird, um eine sehr hohe Leitfähigkeit zu erreichen.
Die Sinterung erfolgt in der Regel bei mehr als 200 °C. Es gibt aber auch ein Verfahren, bei dem man bei 160 °C oder so sintern kann, also kompatibel mit, sagen wir, hitzestabilisiertem PET.
Ag-Nanopartikelfarben: höhere Leistung bei niedrigeren Aushärtungstemperaturen
Der Fortschritt in der Entwicklung beschränkt sich nicht nur auf Kupfer, sondern auch auf Silber-Nanopartikel.
Ag-Nanopartikel sind keine neue Technologie. Es gibt sie schon seit weit über einem Jahrzehnt, wenn nicht noch viel länger. Sie sind jetzt eine Technologie, die sich in der Phase schrittweiser Verbesserungen befindet, aber diese schrittweisen Verbesserungen sind nichtsdestotrotz sehr wichtig.
Ich möchte ein Beispiel von AGFA hervorheben, das vor kurzem auch die Vermögenswerte des Ag-Nanopartikelgeschäfts von Clariant erworben hat. Damit hat AGFA nun sowohl organische als auch wasserbasierte Silbernanopartikelfarben in ihrem Portfolio.
Diese Beispiele zeigen Ihnen, dass sich die erzielte Leitfähigkeit bei einer bestimmten Aushärtungstemperatur dramatisch verbessert hat. Insbesondere bei einer Aushärtungstemperatur von nur 110 Grad Celsius können Sie sehen, dass die neueste Generation von Tinten eine viel bessere Leitfähigkeit erreicht.
Dies ist eine wichtige Entwicklung, weil sie die Verarbeitung von Silbernanopartikeln bei niedrigen Temperaturen vorantreibt. Sie erweitert die Bandbreite der verfügbaren Substrate. Lange Zeit hat man sich darüber beschwert, dass die Leitfähigkeit nicht ausreicht, wenn man eine bestimmte Glühtemperatur einhalten muss und das Substrat die Temperatur nicht aushält. Diese Entwicklungen zielen also darauf ab, dieses Problem zu lösen.
Auch HMI steht nicht still
Bei der gedruckten Elektronik ging es lange Zeit, Jahrzehnte lang, um Membranschalter, Mensch-Maschine-Schnittstellen und kapazitive Schalter. Ich möchte nur kurz darauf hinweisen, dass die Branche auch in diesen Bereichen nicht stehen bleibt, sondern wirklich gute Fortschritte macht.
Hier sind also drei Beispiele. Auf der linken Seite sehen Sie eine kundenspezifische Folientastatur mit integriertem USB-Anschluss. In der Mitte ist eine kapazitive Tastatur mit integriertem Controller zu sehen, und rechts ist ein integrierter enger Sensor mit einem Display-Treiber.
Im Grunde genommen geht es hier darum, dass Unternehmen, die atomare Speicherschalter und kapazitive Schalter herstellen, versuchen, höherwertige und komplexere Schritte in den Druckprozess zu integrieren, oder sie integrieren ein USB-System in den Membranschalter und so weiter
Die Idee ist, zu einer höheren Wertschöpfung überzugehen, wenn der Membranschalter selbst, wie es bisher der Fall war, zu einem hochgradig kommerziellen Geschäft wird.
[This is automatically translated from English]
