0

Chips and sensors directly from the printer

1Printers are becoming more versatile.. Now they can even print sensors and electronic components on 2D and 3D substrates.. New production line created, allowing to automate the process.

Today, every office has a printer, and not far that day, когда столь же распространены будут и принтеры, печатающие радиоэлектронные изделия. Уже сегодня немалую роль играют цифровые технологии печати в микроэлектронике, при проектировании микросхем и датчиков. Исследователи из Фраунгоферовского Института Технологий Производства и Перспективных Материалов (Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials – IFAM) в Бремене используют различные технологии печати для изготовления электронных компонентов и датчиков. Малоразмерные резисторы, transistors, электронные схемы и конденсаторы создаются на пленке, а затем переносятся на двух- и трехмерные основания, for example, на печатные платы. Вместо обычных чернил использовались «функциональные» чернила – жидкие или пастообразные материалы со специализированным наполнителем. Диапазон применения печатной электроники широк – от электрических схем в цифровых термометрах до гибких солнечных батарей и умной упаковки со встроенными датчиками.

Разработчики IFAM смогли автоматизировать процесс нанесения печатной электроники на плоские и трехмерные поверхности благодаря созданию поточной роботизированной линии, позволяющей комбинировать в одном цикле различные методы нанесения материалов. В ней могут использоваться модули трафаретной и струйной печати, диспенсерное нанесение и аэрозольная печать. «Поточная линия с центральным управлением, питателями компонентов, системами печати и отверждения позволяет создавать функциональные поверхности в масштабах, близких к промышленному производству», – говорит доктор Волкер Зеллмер (Volker Zöllmer), глава Отдела функциональных систем IFAM (Functional Structures department). Возможность применения в одной системе различных технологий позволяет напечатать на одном основании структуру с разными площадями, толщинами и разной ширины. For example, с помощью аэрозольной печати можно создавать компоненты шириной 10 m. При этом бесконтактном методе нанесения токопроводящие чернила распыляются через форсунки в форме аэрозоля, предварительно пройдя перемешивание со сжатым воздухом. При таком методе печати необязательно, чтобы основание было плоским, можно наносить материал и на объемную поверхность. Также можно варьировать толщину нанесенного материала и создавать многослойную структуру. For example, после формирования проводящей структуры на печатной плате можно нанести стойкое к коррозии покрытие.

После загрузки в систему исходных данных (проекта изделия) формируется программа, определяющая методы печати для каждого типа элементов. Робот берет основание, For example, печатную плату и запускает в линию. Если требуется изготовить электрическую схему с дорожками шириной 200 m, система запустит модуль нанесения материала методами пьезоэлектрической печати. Печатающая система использует устройство нанесения четко дозированных капель токопроводящего материала с определенной вязкостью. Если проводящий рисунок должен обеспечивать связь с датчиком, то дальше основание пойдет в зону аэрозольной печати. Эта система обладает высокой точностью нанесения материала и напечатает датчик. Для формирования требуемого рисунка возможно прохождение и через другие модули перед термическим отверждением в печи. Линия позволяет печатать на листах формата DIN-A3 и может работать с компонентами высотой до нескольких сантиметров.

Выбор материалов оснований и наносимых составов очень широк. Специалисты IFAM использовали металлические, керамические материалы, проводящие органические полимеры и даже биоматериалы – белки и ферменты. В зависимости от применения эти материалы наносились на стекло, текстиль, металлы, керамику и другие основания. Такие широкие возможности применяемых материалов позволяют решать очень интересные задачи: были опробованы методы создания оконных стекол с интегрированными температурными датчиками. Также печатные датчики могут использоваться и по другому назначению, for example, для определения разбитых или треснутых стекол в здании. Большие возможности открываются и для автомобильной промышленности: sensor, нанесенный аэрозольной печатью на алюминиевые детали, позволит заблаговременно определить накопление механической усталости и провести ремонт.

Разработанная автоматизированная поточная линия минимизирует длительность производственного цикла. В «классической» технологии для создания датчика требуется сформировать токопроводящий рисунок и установить интегрированный компонент (кристалл микросхемы), такая последовательность операция существенно ограничивает скорость процесса изготовления. В зависимости от назначения специалисты IFAM могут создать подобный датчик за несколько секунд или минут, сохранив при этом функциональность изделия в целом. Такая разработка открывает новые перспективы перед многими отраслями промышленности, for example, автомобилестроении, космическом и микроэлектронном направлении и других областях.

sciencedaily.com

Leave a Reply

Your email address will not be published.