Dieser Newsletter informiert regelmäßig über aktuelle Entwicklungen im Bereich der additiven Elektronik und deckt dabei ein breites Spektrum an Materialien, Verfahren und Anwendungen ab. Der Begriff der additiven Elektronik umfasst eine äußerst vielfältige Palette von Technologien und Anwendungen. Wir werden alle abdecken. Um mehr zu erfahren, besuchen Sie TechBlick online oder vor Ort (www.TechBlick.com).
Wrap-around-Elektroden für Mikro-LEDs
Um microLED-Displays auf große Flächen zu skalieren, können kleinere Displays gekachelt werden. Da microLEDs im wahrsten Sinne des Wortes kantenlos sind, kann die Kachelung funktionieren, was ein nahtloses Aussehen ergibt.
Jeder Titel sollte die microLEDs, die Backplane und die Treiberelektroden enthalten. Die Mikro-LEDs und die Backplane sitzen auf der Vorderseite des Glassubstrats, während die Treiberelektroden auf der Rückseite untergebracht sind. Um die beiden miteinander zu verbinden, werden Zwischenverbindungen benötigt. Wrap-around-Elektroden (um die Kante gewickelte Verbindungen, die Vorder- und Rückseite miteinander verbinden) sind eine elegante Lösung, die ein gebohrtes und gefülltes Durchgangsloch im Glas überflüssig macht.
Die Wrap-Around-Elektroden können gedruckt oder PVD-beschichtet werden (beide bevorzugen abgeschrägtes Glas). Letzteres führt zu besseren Strukturgrößen und dünnen und leitfähigen Linien, während Ersteres die Produktivität erhöht.
Die folgenden Bilder zeigen verschiedene Technologien. Der Siebdruck ist eine robuste Lösung mit geringer TACT-Zeit. Applied Materials hat bewiesen, dass es sehr schmale Linienbreiten (30 um) in engen Abständen (50 um) im Siebdruckverfahren herstellen kann. Dies sind ausgezeichnete Ergebnisse. Als Referenz sei angemerkt, dass der Stand der Technik/Produktion und der Stand der Technik beim Siebdruck von leitfähiger Paste auf Silizium-Solar-PVs 35 um bzw. 20 um betragen. Bei diesem Verfahren werden zunächst die oberen und unteren Elektroden gedruckt, bevor das Substrat gedreht wird (mit hervorragender Ausrichtung), um die Elektroden über den Rand zu drucken.
Diese Technologie erfordert hervorragende Maschinen. Applied Materials hat eine Maschine auf den Markt gebracht, die 230x230 mm große Substrate mit einer Wiederholgenauigkeit von +/- 6 um und einem Durchsatz von 1000 p/h verarbeiten kann. Beachten Sie, dass die Optimierung der Paste und des Druckprozesses von entscheidender Bedeutung ist. Im Allgemeinen wird eine Paste mit sehr hoher Leitfähigkeit (20 % Ag-Gehalt) mit 5B-Haftung auf Glas benötigt. Die angestrebte endgültige Druckdicke beträgt 3-5 um. Das Siebdruckverfahren sollte eine glatte Oberfläche ohne Spitzen in Randnähe ergeben.
Für die additive Abscheidung von Wrap-Around-Elektroden wird auch ein Aerosolstrahl vorgeschlagen. Der Vorteil des Aerosolstrahls besteht darin, dass er über 3D-Oberflächen gedruckt werden kann und im Allgemeinen feinere Strukturen als beim Siebdruck abscheidet. Um Wrap-Around-Elektroden zu erhalten, müssen zwei Halbwickel-Elektroden gedruckt werden (siehe unten). Zwischen den einzelnen Schritten muss das Glas gedreht werden. Optomec gibt an, 18.000 Vollumschlingungen pro Stunde zu erreichen (ohne die Zeit, die zum Drehen des Glases benötigt wird). Beachten Sie, dass das Beispiel unten L/S 50um zeigt, obwohl der Aerosolstrahl prinzipiell auch von unten kommen kann.
Im Allgemeinen ist dies eine interessante Lösung für den microLED-Markt
Impulsdruck - der Meister aller gedruckten Elektronikverfahren?
Der Impulsdruck, der vor kurzem auf der TechBlick vorgestellt wurde, scheint eine spannende Technologie zu sein. Die Einzelheiten der Technologie sind noch nicht vollständig bekannt, und die Entwicklung befindet sich noch im Laborstadium, aber die veröffentlichten Ergebnisse und behaupteten Leistungsniveaus sind unglaublich.
Wie Sie unten sehen können, kann die Technologie Spuren mit Auflösungen von nur 2 um und bis zu einem Millimeter digital drucken. Sie kann Materialien mit einem extrem breiten Viskositätsbereich von 0,1 bis 10.000 Pa.s drucken, d. h. sie kann sowohl Kupfer- und Silbertinten als auch Lot und leitfähige Klebstoffe auf Epoxid(!)-Basis drucken! Das Verfahren druckt auf 3D-Oberflächen und kann Lücken von 1 um bis zu 10 mm überbrücken. Diese digitale Drucktechnik kann sowohl sequentielle als auch simultane Muster mit hoher Geschwindigkeit drucken.
Die Vielfalt in allen Parametern (Auflösung, Druckspalt, Viskosität der Tinte oder Pasten usw.) ist für jedes digitale Druckverfahren einzigartig. Wie in der nachstehenden Tabelle dargestellt, nimmt jede Technologie eine bestimmte Position in Bezug auf Auflösung/Merkmalgröße, Viskosität, Druckspalt usw. ein.)
Die Technologie ist noch jung und befindet sich in der Entwicklung. Heute ist die Druckfläche klein (1x10mm2), aber es gibt einen Fahrplan für die Skalierung des Geräts, um zunächst 20x20mm2 und dann 96x96mm2 drucken zu können.
Bleiben Sie dran, denn die Technologie wird bald in ein Start-up-Unternehmen ausgegliedert werden!
Die Genauigkeit von gedruckter Elektronik unter 1 um
Die Technologie der gedruckten Elektronik entwickelt sich weiter. Eine Entwicklungsrichtung ist der Druck ultrafeiner Linien, wodurch die Technologie zunehmend in den Bereich der Fotolithografie vordringt. Das hier gezeigte Beispiel, das von VTT entwickelt wurde, demonstriert ein Verfahren für den Druck im Submikrometerbereich.
Das Verfahren ist ein umgekehrter Offsetdruck. Dabei wird die PDMS-Walze zunächst mit der Farbe beschichtet. Die Farbe trocknet auf der Walze teilweise durch Absorption im PDMS. Dieser halbtrockene Zustand ermöglicht es, Probleme mit der Benetzung zu überwinden, wenn die Farbe in flüssigem Zustand ist. Die eingefärbte PDMS-Walze wird mit einer Klischee- oder Reliefplatte in Kontakt gebracht, wodurch ein Teil der Druckfarbe entfernt wird. Die strukturierten, halbtrockenen Druckfarben auf der PDMS-Walze werden dann auf das endgültige Substrat übertragen.
In diesem Beispiel erreicht VTT einen 1µm-Direktdruck von Silber-Nanopartikelfarben. Der Desktop-RO-Drucker wurde verwendet, um ein Metallgitter mit einer Linienbreite von 1 µm auf PET zu drucken. Der gemeldete Schichtwiderstand ist nicht sehr niedrig (100 Ohm/qm), wahrscheinlich weil die Linien sehr dünn sind.
Generell ist anzumerken, dass ROP minimale Auflösungen zwischen 0,5-5µm, gedruckte Linienstärken von 20-1000nm, Überlagerungsgenauigkeit <2um und Druckgeschwindigkeiten von 50mm/s (3m/min) ermöglicht.
Fortschrittliche Verbindungslösungen für flexible Hybridlösungen
Flexible Hybridelektronik (FHE) vereint das Beste aus gedruckter und flexibler Elektronik mit starrer Si-basierter Elektronik. Ein kritischer und oft einschränkender Engpass ist die Verbindung zwischen gedruckten (oft breiten) und Si-ICs (oft enge Abstände). Normales Lot kann nicht ohne Weiteres verwendet werden, weil (1) Substrate wie TPU (dehnbare Elektronik) und PET (flexible Elektroden) strenge Temperaturbeschränkungen auferlegen, die oft sogar unter denen von Niedrig-T-Loten auf Wismutbasis liegen, und (2) einige Tinten, insbesondere Ag-Tinten, sich in Lot auflösen. Darüber hinaus müssen diese Verbindungen nicht nur die Pitch-Größen der ICs unterstützen, sondern auch das Biegen und Dehnen überstehen und mit Standard-Industrieprozessen kompatibel sein.
Eine Möglichkeit ist der Einsatz von partikelgefüllten Epoxiden (häufig Ag-Partikel) zur Herstellung der Verbindungen. In diesem Fall sind die Teilungsgrößen begrenzt, es sei denn, sie sind anisotroph. Darüber hinaus sind die Partikelfüllungen oft hoch, um eine hohe Leitfähigkeit zu erreichen, was die Kosten in die Höhe treibt.
Sunray Scientific Inc. hat eine neuartige Lösung entwickelt: Sie dispergieren ferromagnetische Partikel in einem zweiteiligen Epoxidsystem. Unter einem externen Magnetfeld richten sich die Partikel vertikal aus und bilden in der z-Achse leitfähige Bahnen. Dabei kann der Abstand bis zu 100 um betragen. Die Aushärtungstemperatur kann bis zu 80 °C betragen, was die Kompatibilität mit TPU und PET gewährleistet. Das Material kann extremen, wiederholten Dehnungen standhalten.
Außerdem ist das Verfahren, wie unten gezeigt, mit dem Standard-SMT-Verfahren kompatibel. Das Material kann mit einer Schablone gedruckt oder dispensiert werden. Sobald das Bauteil entnommen und platziert ist, werden die Partikel mit einer magnetischen Palette ausgerichtet, bevor die Folie einen Aushärtungsschritt durchläuft (Batch Over, Reflow, Vertikalofen).
Dies ist ein interessantes Verfahren. Es hat natürlich nicht die Selbstausrichtungseigenschaften von Lot. Außerdem ist die Schichtdicke derzeit auf 100 um begrenzt, was für viele ICs zu breit ist.
Lötbare hochleitfähige Tinten mit Cu-Nanopartikeln?
Eine große Herausforderung in der gedruckten Elektronik ist die Unmöglichkeit, direkt auf Ag-Paste (das gebräuchlichste Tinten- und Pastenmaterial) zu löten, da sich keine intermetallische Schicht bildet. Bei Cu kann dies anders sein.
Hier zeigt Copprint Ergebnisse, die demonstrieren, dass man direkt auf ihre Cu-Pasten mit guten Schertestergebnissen löten kann, auch wenn die Benetzung manchmal nicht die beste ist. Es wird auch gezeigt, wie eine starke intermetallische Schicht während des Lötens gebildet wird, zum Beispiel mit dem Standardlot SAC305 auf einem FR4-Substrat.
Dies ist ein wichtiger Fortschritt in der Technik, weil es die gedruckte Elektronik kompatibler mit Standard-SMT-Verfahren macht. Außerdem ist die Cu-Tinte auch mit Niedrig-T-Loten kompatibel, so dass man Bauteile direkt auf ein PET-Substrat mit aufgedruckten Cu-Linien löten kann.
Im Allgemeinen gab es in der Vergangenheit Probleme mit Cu-Tinten. Die Leitfähigkeit war nicht hoch genug, was bedeutet, dass mehr Material benötigt wird, wodurch der Preisvorteil gegenüber Ag aufgezehrt wird. Außerdem erforderten sie neue Sinterschritte mit einer neuen Lernkurve und neuen Anlagen. Die Daten von Copprint deuten darauf hin, dass ihre Tinte sehr schnell gesintert werden kann und Leitfähigkeitsstufen erreicht, die die der klassischen Ag-Anbieter übertreffen. [This is automatically translated from English]
