今後3週間にわたり、4つの連載記事を掲載し、この分野におけるイノベーションの深さと広さ、そして既存および新規のアプリケーションを紹介します。この記事では、さまざまなイノベーション、技術、製品を紹介する65枚以上の個別の画像や図表を掲載しています。この記事の目次は下記からご覧いただけます。
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マイクロLEDディスプレイ：プリンテッドエレクトロニクスの役割
μサイズの特徴を持つ3D表面へのデジタル印刷
大面積LED照明とプリンテッドエレクトロニクス
フレキシブルハイブリッドエレクトロニクスのための低温ハンダ付け
3Dプリンテッドエレクトロニクス 3D表面にインテリジェンスをもたらす
3Dスマートサーフェス
スキンパッチと医療用エレクトロニクス
医療用電極 R2Rボリュームスクリーン印刷
E-テキスタイル用ストレッチャブル導電性インク
これらの記事で紹介されているイノベーションは、すべて次のイベントで発表または出展される企業のものです。 2021年5月11日～12日 プリンテッド・ハイブリッド・構造・3Dエレクトロニクスについて。 あるトレンドに対して、1社か2社だけを取り上げることが多いのですが、当社の過去の (オンデマンドで配信中) と今後のイベント（ライブ、オンライン）には、世界中の主要なプレーヤーが参加します。
TechBlickでは、毎年、(1)プリンテッドエレクトロニクス、ハイブリッドエレクトロニクス、構造エレクトロニクス、(2)先端材料などの新技術に関する350以上の厳選された講演を開催しています。
を搭載しています。シングル年パス, ライブイベントへの参加、コミュニティとの交流、マスタークラスへの参加が可能です。ネットワーキングとバーチャル交流の仕組みはこちらをご覧ください。
2021年5月11日～12日に開催される次回のLIVEカンファレンスでは、これまでで最高のスピーカーラインアップを集め、以下をカバーします。 印刷物、ハイブリッド、構造物、3Dエレクトロニクス. コカ・コーラ、P&G、ボーイング、エアバス、HP、シグニファイ、テキサス・インスツルメンツ、パナソニック、パーソンズ、ARM、アイデンティヴ、ウアース、フィリップス66、米軍、アグファなど、65名のスピーカーとパネリストを迎えてのプログラムとなっています。
本プログラムは、以下のテーマに焦点を当てたライブ（オンライン）カンファレンスと併催です。"量子ドット：材料イノベーションと商業応用」 ". ここでは、Shoie Electronic Materials、Emberion、IMEC、SWIR Systems、Avantama、UbiQDなどが登壇します。
アジェンダの詳細はこちら 2021年5月1日まで、10％割引コード「10％DiscountAA」を利用して、年間パスをわずか450ユーロで購入することができます。
スピーカーは以下の通りです。
ショーLIVEでは、すべての出展者に会うことができます（下記出展者を参照）。出展者は、インタラクティブなバーチャルブースで、あなたのお越しをお待ちしています。また、インタラクティブなネットワーキング・ラウンジでは、講演者の講演を聴きながら、現実世界と同じように講演者のフォローアップをすることができます。
MicroLEDディスプレイ。
プリンテッド・エレクトロニクスが果たす役割
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ディスプレイ業界のホットトレンドは、マイクロLEDです。このディスプレイは素晴らしいのですが、製造が難しいのです。Mirco-LEDには様々な形状があり（下記参照）、小型・超小型ディスプレイから超大型ディスプレイに至るまで、様々なタイプのディスプレイに使用することができる。
転送プロセスは、これから述べるように、技術的に大きな挑戦であり、それゆえに注目されるのは当然である。しかし、転写されたマイクロLEDを接続する基板をどのように金属化するかは、軽視されがちなポイントである。
多くの場合、PVDが使用されます。この方法は試行錯誤の末に完成したものだが、手間がかかる。さらに、表裏の接続を行うために、マザーガラス基板にビアを開け、充填する必要がある。そこで、各社が提案しているのが、スクリーン印刷の活用です。アプライドマテリアルズ社の素晴らしい例を以下に示します。ここでは、銀ペーストを使って接続ラインをスクリーン印刷することができます。
さらに重要なことは、基板をロボットで回転させることで、基板の端にも表裏の導電ラインを印刷することができ、ビアを開けて埋める必要がないことです。アプライド マテリアルズは現在、L/S（線幅と間隔の比率）60/40μmを達成しています。
マイクロLEDディスプレイにおける転写工程は、大きな課題です。これは、マイクロLEDが非常に小さいことが一因です。下の画像は、その点を強調するために、あらゆるアイテムに対するマイクロLEDの大きさを比較したものです。
転送の課題の大きさを理解するために、下の右の図を考えてみてください。3色のLEDを搭載したRGBのマイクロLEDディスプレイの場合、メインチャートは、あるディスプレイ解像度（転送されたアイテムの数）と転送歩留まり（例：4Kディスプレイは829万4400ピクセルで、各ピクセルには3つのマイクロLEDがあり、合計のLED数は約2480万）に対する故障ダイの数で示されています。
図に示すように、99.99％以上の歩留まりでないと、ディスプレイとして成立しない。もちろん、これを達成するのは非常に難しく、特にメタライズ、転写、ボンディングなどを含む全工程の歩留まりを合算すると、99.99%を超える必要があります。
μサイズの特徴を持つ3次元表面へのデジタル印刷
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このような厳しい目標を達成するためには、何らかの精密な転写後の修復メカニズムが必要であると思われる。3D（または非平滑）表面へのデジタル超精密印刷は、有望な修復ツールを提供することができる。
その一例が、XTPL社（ポーランド）の以下の製品です。同社は、粘性のある銀ナノ粒子インクを用いて、数マイクロメートルの微細な形状をデジタル印刷することができる。画像にあるように、3.2μmの線を0.7μmの間隔で印刷した例もあります。右下の画像は、このプリンターを応用して、高解像度ディスプレイのオープン欠陥修復を可能にしています。この技術は、インクジェット、エアロゾル、エレクトロハイドロダイナミックなど、他のアディティブプリンティングプロセスと比較すると、興味深い性能の位置づけにあります。一般に、インクジェットやエアロゾルの現在の解像度の限界を超え、電気流体力学の解像度と一致しますが、より粘性の高いインクを使用します。このツールは、セキュリティ印刷、再配線層の試作、電子パッケージなど、多くのアプリケーションに利用することができます。
2021年5月11日～12日に開催予定のカンファレンスでは、超高解像度印刷のテーマが強く取り上げられます。このテーマで過去に発表し、今後発表が確定しているのは、Kodak、Optomec、Enjet、XTPL、Applied Materials、NanoOps、IDSなどです。年間パスがあれば、もちろん過去のカンファレンスのコンテンツにもアクセスできます。
大面積LED照明とプリンテッドエレクトロニクス
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プリンテッドエレクトロニクスは、大面積のLED照明において、さまざまな役割を果たすことができます。まず、下の左の例（Kundisch GmbHによる）を考えてみましょう。この例では、LEDの電源にプリント回路やメタライゼーションが使用されています。プリントLEDの最大の特長は、カスタマイズされたパターンを作成できるため、設計の自由度が高いことです。なお、印刷はフレキシブルなPET基板にも行うことができる。ハンダ付けは、後述する新技術が導入されない限り、手作業で行われる可能性が高い。
さらに、メタライゼーションと部品取り付け材料をR2R（Roll-to-Roll）で印刷し、LEDを柔軟で変形しやすいPETのような基板にR2Rで組み立てることも可能です。これは、フレキシブルなコンフォータブルLEDフォイルを作るための優れた製造プロセスとなり得る。
このプロセスは数年前から存在していましたが、現在ではその勢いが増してきています。その好例が、以下に示すHolst Centre社のR2Rメタライズ組立LED照明箔である。ここでは、すべての機能層がR2R印刷され、LEDがR2R転写されています。
フレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクスのための低温はんだ付け法
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フレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクス（FHE）には、低温でのはんだ付けが必要です。(1) SMDやダイをPET基板にはんだ付けできるようにすることで、FPBCSの高価なPIから低コストのPETへの移行を可能にすること、(2) PET基板へのはんだ付けを自動化すること（現在は温度分布を正確に制御するために手動で行うことが多い）、この2点が重要な動機となる。
この移行を可能にするために、複数のアプローチが出現している、あるいは出現しつつある。ノバセントリックスは、光焼結を提案している。これは、接合部にミリ秒単位の短いパルス状の広帯域光を照射し、はんだをリフローさせるものです。以下に、さまざまな応用例や光焼結はんだのクローズアップを掲載します。
この方式では、基板表面の印刷された薄膜は高温になりますが、基板自体は高温にならないため、PETなどの基板へのはんだ付けが可能になります。焼結プロファイルを最適化すれば、このプロセスは数ミリ秒で完了するため、R2Rの高スループットプロセスにも対応できる可能性があり、R2RプリントFHE製造の大きなボトルネックの1つを解消することができる。
また、低温はんだを提供したり開発したりしている企業もいくつかあります。Safi-Techは、わずか120℃でPETに塗布できるSAC305マイクロカプセルはんだを開発しました。右下の図は、マイクロカプセルの概念を説明したものです。はんだの大きな特徴は、導電性接着剤と比較して、自動的なセルフアライメントが可能で、精密なピックアンドプレースの負担を軽減することです。セフィーテックは、SAC305発祥の地であるアイオワ州立大学からスピンオフした会社です。
アルファアッセンブリーもその好例だ。彼らは熱安定化PETと互換性のある150℃以下のハンダを開発しました。化学的性質は明らかにされていませんが、おそらくSnInベースでしょう。下の画像は、フレキシブルな白色PET基板に回路アセンブリを行った例です。この場合、リフロー温度は145℃以下に保たれています。このプロジェクトは、Alpha Assembly社、Sheldahl社、DuPont Teijin Films社の共同プロジェクトであり、この技術がもたらす可能性を明確に示している。
もちろん、導電性接着剤が有力な選択肢であることに変わりはない。フィラーは、しばしばコストの主な要因となります。ここでは、Z軸導電性などの性能を犠牲にすることなく、フィラー含有量を削減できるCondAlign社の技術革新に焦点を当てます。CondAlignは、電場を用いて粒子を垂直方向に整列させ、異方性導電膜を形成しています。以下に、実際のフィラーアラインメントプロセスで撮影された2つのスナップショットを示します。CondAlignは現在、幅広い膜厚範囲（数～数百μm）で10μm以下のピッチを維持しながら、製造プロセスをR2R化（下記同社の装置を参照）しています。
2021年5月11日～12日に開催されるカンファレンスでは、フレキシブルハイブリッドエレクトロニクスのテーマが強く取り上げられます。このテーマに関する過去の発表者と今後確認されている発表者は、ARM、Identiv、Parsons、Smooth&Sharp、GE Research、Jabil、American Semiconductor、Texas Instruments、Panasonic、DuPoint Teijin Films、NovaCentrix、Alpha Assembly、CondAlign、Safi-Tech、CPI、Sheldahl、CEA、および、以下の通りです。も
3Dプリンテッドエレクトロニクス：3次元表面に知性をもたらす
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3Dプリンテッドエレクトロニクスは、非常に活発な分野である。(1)3Dオブジェクトの表面またはその近傍に追加されるエレクトロニクス、(2)従来の3Dプリントとプリントエレクトロニクスを組み合わせた真の3Dプリンテッドエレクトロニクス、の2つのサブ領域に分けることができます。
下図の上段は、第一のアプローチの例です。ここでは、3D形状のアンテナ、ヒーター、照明、HMI、そして医療機器も見ることができます。2段目は、2番目のアプローチの例です。ここでは、複雑な3次元形状を従来の3Dプリンターで積層した3次元構造の中に、導電ラインとSMDを埋め込んでいます。
この手法により、3Dプリンティングにインテリジェンスをもたらすことができます。つまり、単に機械的なものを作るのではなく、3Dプリントされたオブジェクトの中にエレクトロニクスを組み込むことができるのです。設計から生産までシームレスに行えるようになれば、多くの素晴らしい可能性が開けるはずです。
これは、2021年5月11日～12日に開催される「Printed, Hybrid, Structural, and 3D Electronics conference」の主要テーマでもあります。このテーマに関する過去の講演（オンデマンド配信中）および今後の講演者には、HP、Signify、Wuerth、Neotech、NanoDimension、LPKF、などが含まれます。
3Dスマートサーフェス
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3次元形状のスマートサーフェスが、今、注目のテーマです。アンテナや電子部品パッケージレベルの3D表面のメタライズから、大型の自動車内外装部品に至るまで、その用途は多岐にわたります。下の画像では、自動車の内装に向けた大型の3D形状スマートサーフェスの様々な例を取り上げています。伸縮自在のセンサー、電子テキスタイル、トランスファーモールド、インモールドエレクトロニクスなど、その基盤技術は多岐にわたります。
特に注目されるのは、インモールドエレクトロニクス（IME）技術やその類似技術である。これらの技術では、通常、複数の印刷層で構成された機能層があります。機能性フィルムは、その後、何らかの方法で3D成形され、場合によってはオーバーモールドされる。
ここでは、私が注目したいインモールド・エレクトロニクス（または構造エレクトロニクス）の例を2つ紹介します。左はグリーリー社のプロトタイプです。ここでは、シートアジャスターを従来の設計からIME設計に移行し、部品を45から1に、工具を20から2に、重量を185gから25gに、厚さを38mmから3mmに減らしています。後者は、他の機能を搭載するためのスペースを確保するため、重要なポイントです。
右の画像は、スント社の例です。ここでは、IMEを使用してスマートコネクターを作成しています。プロセスステップは以下の通りです。動作温度-20〜60℃、40℃×50回、30度ひねり・90度曲げ5000回、熱プレスなど、設計検証をクリア。
このスマートレイヤーは、シンプルなメモリと抵抗、それに各種導線のみというシンプルなものでした。しかし、IME技術の複雑さは今後ますます増していくだろう。特に注目されるのは、照明部品との融合です。
これは、2021年5月11日～12日に開催される「Printed, Hybrid, Structural, and 3D Electronics conference」の大きなテーマでもあるのです。過去に開催された (オンデマンドで配信中) と 来日講演者 Geely, FIAT, Suunto, LightWorks GmbH, Arburg, DuPont, PolyIC, TactoTek, Kimoto, などです。
皮膚貼付剤・医療用電子機器
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プリンテッドフレキシブルエレクトロニクスで注目されている分野は医療用電極で、多くのアプリケーションが存在する。
標準的な血液ベースのグルコースサンプリングから連続グルコースモニタリング、さらに心拍数モニタリングなどあらゆる種類の連続バイタルサインモニタリングに移行しているため、連続ヘルスケアモニタリング用の電子皮膚パッチが非常にホットになってきています。バイタルサインの連続モニタリングは、すでに数十億ドル規模の市場となっています。
印刷はここで大きな役割を果たすことができます。ここで紹介したいのは、ホルスト・センターが開発したソリューションです。これは、臨床グレードの使い捨てパッチで、再利用可能なエレクトロニクスと、ドライ電極などを備えています。乾電池には、心電図、呼吸、体温を測定するためのメタライゼーションが印刷されています。
もう一つの注目すべき例は、Screentec Oyのものです（下の右の画像）。ここでは、上部にSMTを組み込んだ医療用電極を見ることができます。また、右下の写真は、骨格筋の活動を検出するスクリーン印刷センサーの例です。
また、世界最大の受託製造会社の一つであるJabil社の例もご覧いただけます。こちらは、プリント基板の裏面にAg/AgCl電極を印刷することで、実際の測定電子回路を作ることができます。印刷することで、電極を配置する場所の自由度が高まります。
医療用電極 R2Rボリュームスクリーン印刷
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医療用電子機器の印刷は、実はすでに大きなビジネスになっている。下の例は、Mekprint社（デンマーク）のものです。下の右側に見えるのは、R2Rスクリーン印刷されたECG電極の例です。このアプリケーションは、年間1億個以上の販売実績があります。
もうひとつ、下の左側の例は失禁センサーです。これもR2Rのスクリーン印刷です。興味深いことに、この導電性ケーブルの線は、伸縮性のある不織布にR2R印刷されています。これも商業用アプリケーションです。ここでも、プリンテッドセンサーは、リジッドエレクトロニクスや通信など、完全なソリューションの一部となっています。
一般に、プリンテッドエレクトロニクスは、電子皮膚パッチ、医療用電極、および同様の分野で大きな役割を担っています。これはすでに成功例と言えるでしょう。
E-Textile用ストレッチャブル導電性インキ
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電子テキスタイルとプリンテッドエレクトロニクスが重なる部分は、インターコネクトのプリントやストレッチセンサーのプリントであることが多いですね。
初期の頃、おそらく4〜5年前には、各社が第一世代の導電性ストレッチャブルインクを出し始めていました。その後、これらのインクの性能向上は大きく進展しました。
現在、各社は伸縮性導電性インクだけでなく、電子テキスタイルを作るのに必要な伸縮性インクの全ポートフォリオを提供しています。これには、伸縮性のある銀インク、カーボンインク、誘電体インク、導電性接着剤などが含まれます。
今回のニュースレターで取り上げたのは、長瀬産業の例です。この例では、銀インクを100％伸張させることができます。真ん中のチャットは、伸縮自在の導電性接着剤の特性を示しており、ヒステリシスをほとんど発生させずに30％まで伸ばせます。この接着剤は180℃で硬化させることができます。
右下のグラフは、洗濯性を向上させるためにはフルスタックが必要であることを示しています。銀単体では抵抗値が低いのですが、銀＋カーボン＋誘電体の積層タイプでは洗浄性が向上しています。このように、積層型は100回洗濯しても性能にほとんど変化がなく、電子テキスタイルにとって重要なマイルストーンとなっています。
9月上旬には、TechBlickシリーズの一環として、スキンパッチ、E-Textiles、Stretchable Electronicsに特化したカンファレンスを開催する予定です。エンドユーザー、メーカー、素材イノベーターが一堂に会する予定です。年間パスをお持ちの方は、このイベントへの参加も可能です。
会議の議題
[This is automatically translated from English]
