Siebdruck mit ultrafeinen Linien: neue Anwendungen und konkurrierende Technologien
TechBlick hat diese Präsentation für den von Asada Mesh organisierten Workshop für fortgeschrittenen Siebdruck (Juni 2022, Chicago) vorbereitet. Sie können die vollständige Präsentation hier ansehen und lesen. Sie können sich auch die Folien ansehen. Die Themen sind
Bestehende und neue Anwendungen für immer feinere Siebdrucklinienbreiten (unter 15 Mikrometer): Photovoltaik-Metallisierung | MicroLED-Wrap-Around-Kantenelektroden | Fan-out-Struktur für flexible Hybridelektronik | Transparente HMIs |Transparente Touch-Displays | Kantenelektroden | MLCC | LTCC
Hybride und direkte (nicht-digitale) Drucktechnologien für Linienbreiten im Submikrometerbereich: Hybrid-Siebdruck (Drucken + Ätzen/Ablatieren) | R2R-Flexodruck | R2R-Tiefdruck-Offsetdruck | S2S-Offsetdruck | S2S-Rückwärts-Offsetdruck | R2R-Rückwärts-Offsetdruck | R2R-Drucken + Füllen | R2R-Photolithographie
Sie können die Folien am Ende dieses Blogs herunterladen. Scrollen Sie einfach nach unten
mmWave 5G RFFE basierend auf LTCC und gedruckter Ag-Metallisierung
LTCC mit gedruckter Ag-Metallisierung ist eine ausgezeichnete Wahl für die heterogene Integration von Elektronik, insbesondere für Hochfrequenz (mmWave und 5G) und raue Umgebungsbedingungen. Es zeigt sich, dass unsere gedruckte Elektronik eine Rolle in der 5G/6G-Kommunikationsinfrastruktur spielen kann. In dieser Studie demonstriert DuPont ein Antenna-in-Package (AiP), das eine strahlsteuerbare Antennengruppe in ein Hochfrequenz-Front-End-Modul (RFFE) integriert, das bei 28 GHz arbeitet und einen Anokiwave-IC mit einer 2 x 4-Patch-Antennengruppe enthält.
Das keramische Dielektrikum (das so genannte GreenTape) weist hervorragende dielektrische Eigenschaften bis 100 GHz auf und behält dabei einen Dk-Wert von 7,1 und einen Df-Wert von <0,0010. Außerdem zeigt es stabile Eigenschaften über den extremen Temperaturbereich (-50°C bis 150°C).
In dieser Studie wurden siebgedruckte gesinterte Ag-Metallisierungen für Masseflächen, Via-Füllungen, Signalleitungen und lötbare Pads verwendet. Die Daten dieser Studie zeigen die Eignung von LTCC für mmWave- und 5G-Anwendungen. Es handelt sich um eine interessante Lösung mit geringer Feuchtigkeitsaufnahme, guter Temperaturstabilität usw.
Da die Bauteildichte in heterogenen Systemen auf LTCC-Basis steigt, muss auch der Siebdruck feinere Linien verwenden, um diese Verdichtung zu unterstützen, aber das ist eine Geschichte für einen anderen Tag
Digitaldruck von siebbedruckbaren Pasten für das Rapid Prototyping??!
Für den Siebdruck sind Werkzeuge erforderlich, was die Herstellung von Prototypen und die schnelle Produktentwicklung einschränkt. Beim Digitaldruck werden Nanofarben verwendet, für die es nur eine begrenzte Auswahl an Materialien gibt, die teurer sind und bei denen es sich nicht immer um das endgültige Material für die Serienproduktion handelt. Dies hinterlässt eine Marktlücke für den Digitaldruck von handelsüblichen siebdruckfähigen Materialien und Pasten.
Voltera entwickelt eine Prototyping-Benchtop-Maschine, die dieses Problem lösen soll. Dieses Produkt wird auf der TechBlick-Messe in Eindhoven (12.-13. Oktober 2022) vorgestellt. Es ermöglicht den Benutzern, schnell digital Drucken über verschiedene Raster kleister. Das digitale Druckverfahren kalibriert sich weitgehend selbst, so dass mit verschiedenen Materialien und Formulierungen experimentiert werden kann, ohne jedes Mal die gesamte Lernkurve bzw. den Druckoptimierungsprozess durchlaufen zu müssen. Dank der Tischgröße kann man das Gerät auch im Labor aufbewahren, was ein schnelles Prototyping ermöglicht. Der digitale Direktdrahtdruckkopf ermöglicht das Drucken auf verschiedenen Trägermaterialien sowie über flache und 2,5D/3D-Formen.
Die hier vorgestellten Anwendungen: (1) Drucksensor für weiche Einlegesohlen auf TPU | (2) in die Kleidung (Denim) integrierter Heizkörper | (3) thermisch geformter Becherheizkörper.
Digitale Laserbearbeitung von 3D-Elektronik
Die Kombination von Digitaldruck (Inkjet, Aerosol usw.) mit dem standortspezifischen digitalen schnellen laserbasierten Sintern hat viele Vorteile. Im folgenden Vortrag sehen Sie verschiedene Beispiele vom Fraunhofer ILT in Aachen, Deutschland.
Mehrschichtige piezoelektrische Aktoren: Die Struktur ist mehrschichtig [(PZT (140nm)-->LNO (30nm)--> PZT (140nm)-->LNO (30nm)--> PZT (140nm)-->LNO (30nm)]. Daher ist eine schnelle Sinterung unerlässlich, da sonst die TACT-Zeit zu lang wird. Hier schlägt das Fraunhofer ILT vor, dass das Lasersintern (Inkjet-Schicht 1 --> Lasersintern --> Wiederholung) eine hervorragende Lösung sein kann.
Dehnungssensoren auf und in einem 3D-gedruckten bionischen Bauteil: Hier wird zunächst die Isolierschicht aufgebracht. Die Dehnungssensor-Materialien werden dann digital (Inkjet) auf die Oberfläche des 3D-Teils gedruckt und anschließend digital lasergesintert. Die Möglichkeit, digital zu drucken und zu sintern, bedeutet, dass nur die benötigten Teile metallisiert und einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
Das spart Zeit, ermöglicht den Druck auf nicht flache Formen und erhält die Integrität der gedruckten mechanischen 3D-Teile. Bei einer anderen Variante desselben Geräts kann der 3D-Druckprozess unterbrochen werden, um die elektronischen Komponenten digital zu drucken (diesmal mit Aerosol) und zu sintern, bevor der 3D-Druckprozess wieder aufgenommen wird. Auf diese Weise wird die elektronische Funktionalität in die Struktur selbst eingebettet.
3D-Tampondruck auf 3D-Oberflächen: 5G-Antenne für Smartphones
Die Metallisierung von 3D-Strukturen hat viele Anwendungen. Die gängigen Technologieansätze sind LDS (Laser-Direkt-Strukturierung) oder digitaler Aerosoldruck. Ersteres ist ein mehrstufiges Verfahren mit einem relativ großen Maschinenpark, bietet aber eine hohe Haftung und Leitfähigkeit auf Massenebene mit einfacher Lötbarkeit. Letzteres ist ein zweistufiges digitales Verfahren mit einer kleinen kompakten Maschine. Es bietet jedoch eine Leitfähigkeit auf Tintenebene, die insbesondere bei Niedrig-T-Substraten gering sein kann.
Henkel hat kürzlich den Tampondruck - eine alte Technik - für 3D-Elektronik demonstriert. Diese Technologie ermöglicht den Druck von Tinten auf 2,5- und 3D-Kunststoffstrukturen und bietet damit eine Alternative zu LDS und Aerosol. Es handelt sich um ein einfacheres Verfahren als die beiden anderen. Das Verfahren erzeugt keine feinen Strukturen, kann aber mit hochviskosen Pasten dickere (und damit leitfähigere) Linien drucken. Im Vergleich zu LDS und Aerosol ist es außerdem ein robustes und relativ einfaches Verfahren.
Wie in der Abbildung gezeigt, nimmt bei diesem Verfahren zunächst ein konformer Silikontampon die Farbe von einer Metallplatte auf. Die Farbformulierung muss eine gute Haftung auf dem Silikontampon gewährleisten. Der Tampon tamponiert dann die 3D-Oberfläche. Da der Tampon konform ist, passt er sich der Form des Zielsubstrats an, wodurch eine nicht flache oder 3D-Beschichtung erreicht wird.
Die hier gezeigten Anwendungsbeispiele wurden gemeinsam mit den chinesischen Partnern von Henkel entwickelt:
gedruckte 5G-Antenne auf der Außenseite des Polycarbonatrahmens eines Mobiltelefons, die 10mOhm/sqr/mill erreicht
gedruckter Leiter auf der Innenseite des Kunststoffs zur Verbindung mit der Hauptplatine
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