Im ersten Teil dieser Artikelserie beleuchtet TechBlick vielversprechende Innovationen und Markttrends in der gedruckten, hybriden und InMold-Elektronik. Alle in diesem Artikel hervorgehobenen Trends werden auf der kommenden interaktiven Online-Konferenz und Ausstellung von TechBlick, die am 10. und 11. März 2021 stattfindet und die Themen gedruckte, flexible, hybride und InMold-Elektronik abdeckt, von den wichtigsten Akteuren auf diesem Gebiet diskutiert.
Die überzeugende Rednerliste umfasst führende globale Organisationen wie JCDecaux, GE Research, Fiat, Jones Healthcare, Geely Design, SWAROVSKI, Jabil, Eastman Kodak, Coatema, Suunto, Evonik, Heraeus, Fujikura Kasei, Information Mediary Corp, Copprint, ChemCubed, Voltera, Nano Dimension, Optomec, TactoTek, Arburg, Covestro, InnovationLab, PolyPhotonix, LPKF, Lightworks, NRCC, und viele mehr (weitere Informationen und die vollständige Agenda finden Sie unter http: //www. TechBlick.com).
TechBlick organisiert LIVE-Online-Konferenzen im Abstand von etwa 4 Wochen. Jede Konferenz besteht aus ca. 40 Rednern, die in zwei LIVE-Sitzungen organisiert werden. Mit einer einzigen Jahreskarte haben Sie Zugang zu vergangenen und zukünftigen Veranstaltungen sowie zu Meisterkursen. Zu den kommenden Veranstaltungen gehören:
10. und 11. März: Gedruckte, flexible, hybride und InMold-Elektronik (I)
14. und 15. April: Graphen, 2D-Materialien und Kohlenstoff-Nanoröhren
11. und 12. Mai: Gedruckte, flexible, hybride und InMold-Elektronik (II)
11. und 12. Mai: Quantenpunkte: Materialinnovation und aufkommende Anwendungen
15. und 16. Juni: Innovationen und Trends bei Displays und Beleuchtung: OLEDs, Flexible, Gedruckte, microLED und darüber hinaus
14. und 15. Juli: Hautpflaster, Wearables, E-Textilien und dehnbare Elektronik
Elektronische Verpackung und gedruckte Elektronik
Die Halbleiter- und die elektronische Verpackungsindustrie boomen. Die Abbildung unten zeigt einige Anwendungsfälle von gedruckter Elektronik in elektronischen Verpackungen. Die häufigste Anwendung sind Durchkontaktierungen, insbesondere thermische Durchkontaktierungen, die mit leitfähigen Pasten, hauptsächlich Cu, gefüllt sind. Ein weiterer zunehmender Anwendungsfall ist die Verwendung von gesinterten metallischen Die-Attach-Materialien (z. B. Ag oder Cu), insbesondere bei Hochleistungsanwendungen wie SiC-Leistungselektronik oder GaN-Leistungsverstärkern in 5G.
Heutzutage gibt es einen weltweiten Vorstoß, PVD (Sputtern) durch Sprüh- oder Tintenstrahl-EMI-Beschichtungen zu ersetzen. Diese pastenbasierten PVD-Alternativen weisen einen viel höheren Durchsatz pro Stunde und viel niedrigere Investitionskosten auf. Heute verfügen die Tinten über eine verbesserte Haftung, eine geringere Schichtdicke zur Kostenreduzierung und zur Darstellung von Lasermarkierungen, eine bessere Gleichmäßigkeit der Beschichtung von oben nach unten usw.
Aerosol zielt auch auf elektronische Verpackungen ab. Es kann lange Drahtbindungen durch kürzere Verbindungen ersetzen, was die parasitäre Induktivität verringert und somit die Leistung bei hohen HF-Frequenzen erhöht.
Nicht zuletzt wird der Druck auch für Prototypen von Umverteilungsschichten (RDL) eingesetzt. In Verbindung mit aufkommenden ultrahochauflösenden Drucktechniken kann dies ein hervorragendes Werkzeug für das RDL-Prototyping sein, mit dem sich möglicherweise die Anforderungen an den Abstand und die Linienbreite erfüllen lassen.
Semi-additive Verfahren spielen ebenfalls eine Rolle. Die Laser-Direkt-Strukturierung (LDS) kann eine selektive Metallisierung auf Epoxidharz-Formmassen ermöglichen, die eine Antenne auf dem Gehäuse für mmWave-Gehäuse sowie eine flächenselektive EMI-Abschirmung auf Gehäuseebene erlaubt.
Die interaktive Online-Konferenz und Ausstellung von TechBlick am 10. und 11. März 2021 behandelt diese Trends im Detail. Zu den eingeladenen Referenten gehören Fujikura Kasei, Heraeus, LPKF, Nano Dimension, Optomec, Kuprion und andere.
Beispiele für konforme Beschichtungen in der Elektronikindustrie, wie z. B. Antennen im Gehäuse, Ersatz von Drahtbond und EMI-Abschirmung auf Gehäuseebene. Quelle: www.TechBlick.com
InMold Electronics: Großer Erfolg nicht weit entfernt
InMold Electronics hat ein überzeugendes Wertversprechen: die Kombination zweier Hochdurchsatzverfahren zur strukturellen Integration von Elektronik in 3D-Teile. Dieses Verfahren befindet sich seit über einem Jahrzehnt in der Entwicklung. Die Lernkurve in Bezug auf Material-, Prozess- und Anwendungsentwicklung war steil. Nichtsdestotrotz sind bereits Anwendungen auf dem Markt erschienen, und der Einsatz im Innen- und Außenbereich von Kraftfahrzeugen ist nicht mehr weit entfernt.
Die Materialpalette ist wohl fertig. Viele bieten ein IME-kompatibles Portfolio von Pasten an, darunter leitfähige Druckfarben, Dielektrika und Überbrückungen, grafische Druckfarben, leitfähige Klebstoffe usw. Polycarbonat ist das Material der Wahl, aber auch PET findet große Beachtung, wenn niedrigere Kosten und geringe Formbarkeit gefragt sind. Auch die Prozessentwicklung ist weit fortgeschritten. Die Ausbeute hat sich verbessert, und das Know-how für die Produktion von Prototypen bis hin zu Großserien ist nun vorhanden.
Auf unserer virtuell-interaktiven Konferenz und Ausstellung am 10. und 11. März 2021 werden Sie LIVE von allen wichtigen Akteuren hören, darunter Endnutzer aus der Automobil- und Unterhaltungselektronikbranche (FIAT, Geely, Suunto), Prozessentwickler und Massenproduzenten (TactoTek und Arburg), Substrat- und Beleuchtungsentwickler (Covestro, Lightworks) sowie Anbieter von IME-kompatiblen transparenten Heizungen und Berührungssensoren (Canatu).
Beispiele für IME-Produkte und Prototypen. Quelle: www.TechBlick.com
PCB-Druck und 3D-gedruckte Elektronik
Leiterplattendruck und 3D-Druck sind beides heiße Themen. TechBlick unterstreicht diesen Trend anhand mehrerer Beispiele.
Voltera hat eine All-in-One-Lösung in Tischgröße entwickelt. Hier legt der digital gesteuerte Drucker die lötbaren Leiterbahnen auf, um die Leiterplatte zu metallisieren. Das System kartiert die Lage der Lötpunkte und dosiert das Lot. Die SMDs werden dann montiert, bevor das Werkzeug das Lot erneut aufträgt.
Nano Dimension bietet eine schlüsselfertige Lösung. Es druckt digital sowohl Ag-Nanopartikel als auch dielektrische Photopolymere. Durch den Wechsel zwischen diesen beiden Schichten können mehrschichtige Schaltungen oder PBCs auf nicht flachen Substraten aufgebaut werden. Es wird zunehmend als Plattformtechnologie positioniert, die für das Rapid Prototyping und die Kleinserienproduktion von PCBs, elektronischen Schaltungen und darüber hinaus eingesetzt werden kann.
Nano Dimension hat im 4. Quartal 2020 mehr als 650 Mio. $ eingeworben. Damit verfügt das Unternehmen über die nötige Kriegskasse, um Technologien zu entwickeln oder zu erwerben, die seine Technologie-Roadmap unterstützen und insbesondere den Durchsatz erhöhen und die Kostenposition seiner 3D-PCB-Drucker verbessern.
ChemCubed ist ein US-amerikanischer Hersteller von Materialien und Drucklösungen für den 3D-Druck / die additive Fertigung. Ihr schlüsselfertiger Electrojet-3D-Drucker kann Ag-Tinten und UV-härtbare dielektrische Materialien digital drucken und inline Wärme- und UV-Härtung durchführen. Die Maschine bietet eine Auflösung von 1440 dpi mit einem 8-Kanal-Tintenstrahldrucker, der das gleichzeitige Drucken mehrerer Materialien und Schichten von elektronischen Schaltungen und Komponenten ermöglicht.
Neotech AMT GmbH ist ein führender Akteur in der Entwicklung von 3D-gedruckten elektronischen Maschinen. Das Unternehmen hat ein 5-Achsen-Bewegungssteuerungssystem entwickelt, das den komplexen 3D-Druck ermöglicht. Ihr Geräteportfolio deckt das gesamte Spektrum vom Rapid Prototyping bis zur Großserienproduktion ab.
Alle diese Unternehmen werden auf der interaktiven Online-Konferenz und Ausstellung von TechBlick am 10. und 11. März 2021 vertreten sein.
Andere interessante Innovationstrends
Flexible Hybridelektronik: Dies ist ein spannender Bereich, der das Beste aus nicht gedruckter und gedruckter Elektronik vereint. Hier geht der Trend in Richtung R2R-Fertigung mit hohem Durchsatz von flexiblen ICs auf PET-Substraten unter Verwendung von Low-T-Die- oder IC-Attach-Materialien, die ausgewählt und platziert werden. Zu unserer Konferenz am 10. und 11. März 2021 haben wir zwei wichtige Entwickler dieser Technologie eingeladen: Jabil und GE Research. In einer Folgekonferenz am 14. und 15. Mai 2021 werden wir alle Aspekte mit Referenten wie Arm, Panasonic, CEA, Alpha Assembly, CPI, CondAlign, Identiv usw. abdecken. Mit einer einzigen Jahreskarte können Sie an allen unseren Konferenzen teilnehmen.
Kupfertinten: Ag-Tinten sind teuer und reagieren empfindlich auf Ag-Preise, die schwanken können, wie der jüngste Anstieg des Silberpreises bei Reddit gezeigt hat. Kupfer ist die natürliche Alternative. Die Notwendigkeit, die Oxidation zu verhindern, und die in der Regel geringere Leitfähigkeit von Kupferpasten (im Vergleich zu Ag) haben sie jedoch zurückgehalten. Heutzutage werden diese Mängel jedoch durch Innovationen bei Kupfertinten überwunden. Vor allem zwei Unternehmen setzen die Standards: Copprint und PrintCB. Das erstgenannte Unternehmen hat die unten stehende Tabelle entwickelt und behauptet, dass es hochleitfähige Cu-Tinten für die schnelle Sinterung anbieten kann.
Um mehr zu erfahren, können Sie an unserer Online-Veranstaltungsreihe teilnehmen, die am 10. und 11. März 2021 beginnt, und zwar mit einer Jahreskarte, die Ihnen Zugang zu vergangenen und künftigen Veranstaltungen sowie zu den kommenden Meisterkursen bietet.
Intelligente Verpackungen: Das war schon immer ein Traum, aber die geringen Gewinnspannen und die Komplexität der zusätzlichen gedruckten Funktionen haben die Entwicklung behindert. Mit kostengünstiger Metallisierung, flexibler Hybridelektronik, NFC und anderen Trends scheint sich das Blatt jedoch zu wenden. Vor allem bei pharmazeutischen und medizinischen Verpackungen gibt es bereits Erfolge. Wir haben zwei erfolgreiche Endanwender zur Online-Konferenz am 10. und 11. März 2021 eingeladen, um ihre Fortschritte bei gedruckter Elektronik in intelligenten Verpackungen vorzustellen: Jones Healthcare Group und Information Mediary Corp.
Hochpräziser Rolle-zu-Rolle-Druck: Dies ist einer der interessantesten Trends in der gedruckten Elektronik. Als ich vor etwa 12 Jahren mit gedruckter Elektronik anfing, galt es als eine Leistung, mit R2R-Druck 18-20 um Linienbreite zu erreichen. Jetzt haben Unternehmen <<10um-Prozesse entwickelt, wobei einige sogar die Grenzen in den Submikrometerbereich verschieben. Ein gutes Beispiel für die Kombination von hoher Auflösung und hohem Durchsatz ist der hochauflösende R2R-Flexodruck von Kodak. Diese Technik wurde eingesetzt, um Kupfer-Mikrodrahtmuster auf flexiblen Substraten zu verarbeiten, die für transparente HF-Bauteile wie Antennen und EMI-Abschirmungen verwendet werden. Wenn Sie mehr erfahren möchten, nehmen Sie mit einer Jahreskarte an unserer LIVE-Konferenzreihe teil, die jedoch online stattfindet.
Großserienproduktion von medizinischen Sensoren von Rolle zu Rolle: R2R gedruckte Elektronik hat viele kommerzielle Erfolgsgeschichten. Ein aktuelles Beispiel, das wir auf unserer Konferenz am 10. und 11. März 2021 vorstellen, basiert auf der Arbeit der InnovationLab GmbH zusammen mit Bausch. Diese Zusammenarbeit hat zur Entwicklung und Kommerzialisierung eines R2R-gedruckten Sensors geführt, der auf piezoresistiven Arrays basiert und es dem Benutzer ermöglicht, die Zahntopographie eines Patienten zu erfassen.
Digitalisierung des R2R-Drucks: Die Digitalisierung wirkt sich auf jeden Aspekt des Lebens aus, auch auf die gedruckte R2R-Elektronik. Ein gutes Beispiel dafür ist die Coatema Coating Machinery GmbH, die jetzt damit beginnt, den Digitaldruck in ihre analogen R2R-Maschinen zu integrieren. Wichtig ist, dass Coatema seine Anlagen in die Industrie 4.0-Ära bringt, indem sie eine Inline-Steuerung mit Sensoren, Kamerasystemen und KI anbieten.
Gedruckte Polymer-Sekundärbatterien: Eine Innovation stammt von Evonik, das eine druckbare, nur aus Polymeren bestehende wiederaufladbare Batterie entwickelt hat, die in verschiedene Produktionslinien integriert werden kann und Designfreiheit, Flexibilität in der Anwendung und eine skalierbare Produktion bietet. Dies ist ein einzigartiger und vielversprechender Ansatz, denn es handelt sich um eine Sekundärbatterie, deren Abmessungen vom Hersteller selbst an die spezifischen Leistungsanforderungen der Anwendung angepasst werden können. Evonik wird auch auf unserer Konferenz am 10. und 11. März 2021 vertreten sein, die mit einer Jahreskarte besucht werden kann.
Gedruckte Perowskit-Photovoltaik: Perowskite haben in der Photovoltaikbranche für frischen Wind gesorgt und in den letzten Jahren einen rasanten Anstieg der Effizienz verzeichnet. Interessanterweise gibt es jetzt erhebliche Anstrengungen, Perowskit-Solarzellen zu drucken. Ein Unternehmen, das bei der Entwicklung von Perowskit im Tintenstrahldruckverfahren eine Vorreiterrolle spielt, ist Saule Technologies. Auf unserer Konferenz am 10. und 11. März 2021 werden sie die ersten kommerziellen Anwendungen von flexiblen gedruckten Perowskit-Solarmodulen vorstellen.
Transparente Heizungen: Es gibt nur sehr wenige gute Lösungen für transparente großflächige Heizungen. Auf unserer Konferenz werden wir zwei vielversprechende Ansätze vorstellen.
Ein Ansatz wird vom Printable Electronics Research Centre China (PERC) entwickelt. Sie prägen Gräben in eine Folie, die sie dann mit einer Ag-Keimschicht füllen, bevor sie den Graben durch Beschichtung auffüllen. Auf diese Weise erhält PERC ein eingebettetes ultraschmales und ultraleitfähiges Metallnetz, das eine Niederspannungsheizung über sehr große Flächen ermöglicht.
Ein anderer Ansatz stammt von Canatu, die ihre proprietären Kohlenstoff-Nanoknospen beschichten und in 3D formen können. Ihre Lösung hat eine geringere Leitfähigkeit als die von PERC, kann aber zu einem 3D-geformten Teil geformt werden und eignet sich daher am besten für ADAS- und Autonomous Driving-Wahrnehmungssensoren.
Beispiele für Ansätze für transparente Heizgeräte. Quelle: www.TechBlick.com
OLED-Lichttherapie: Die OLED-Beleuchtung hat auf ihrem Weg zur Kommerzialisierung viele Herausforderungen erlebt. Eine Erfolgsgeschichte sind jedoch die von PolyPhotonix auf den Markt gebrachten OLED-Schlafmasken, die eine nicht-invasive Behandlung von diabetischen Augenkrankheiten ermöglichen. Diese Lösung ist eine Option sowohl für die Spät- als auch für die Frühprävention.
Gedruckter Speicher: Gedruckte Speicher sind ein wichtiges fehlendes Element im Menü der gedruckten Elektronikbausteine. Seit Jahrzehnten gibt es Versuche, gedruckte Speicher zu kommerzialisieren, mit gemischten Ergebnissen. Neue Akteure nehmen jedoch das Heft in die Hand. Ein Beispiel ist Australian Advanced Materials (AAM), das einen transparenten gedruckten Speicher auf der Grundlage seiner so genannten Nanocube Ink-Technologie entwickelt.
R2R-Transistoren: Das Drucken kompletter Dünnschichttransistoren (TFTs) war immer ein Traum. Die Realität hat sich jedoch aufgrund der Grenzflächenbeschaffenheit von TFTs und der erforderlichen Ausrichtung von Schicht zu Schicht als schwierig erwiesen. Dennoch sind weiterhin bemerkenswerte Fortschritte zu verzeichnen.
Ein gutes Beispiel ist das National Research Centre of Canada (NRCC). Es hat vollständig gedruckte Transistoren auf der Grundlage hochreiner SWCNTs entwickelt, die R2R-Tiefdruck und Tintenstrahldruck kombinieren und ein E-Paper-Display ansteuern können. Dies ist ein wichtiger Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik. [This is automatically translated from English]