Impresión digital sin tinta | Unión de matrices sin soldadura/adhesivo | Hoja de ruta para 3DPE | HTL para OPV de alto rendimiento | OTFTs compatibles con la producción de LCDAltas prestaciones
Antes de profundizar en los detalles de las actualizaciones tecnológicas de esta semana, me gustaría decir que estamos muy entusiasmados con nuestro evento in situ en Eindhoven, Países Bajos, los días 12 y 13 de octubre de 2022. Las entradas para la exposición se han agotado con una larga cola de espera, se ha anunciado el programa de clase mundial y hay una gran demanda de entradas para los asistentes. Puede ver la información completa aquí. Se trata del próximo evento más importante del sector.
A continuación, ofreceremos información actualizada y perspectivas sobre algunos avances interesantes en el mundo de la electrónica aditiva. Hablaremos de (1) la impresión digital sin tinta seca (2) la HTL con función de trabajo profundo (3) la hoja de ruta para el 3DPE (4) la unión directa de troqueles en papel con soldadura o adhesivos (5) el alambre líquido basado en geles conductores Ga-In-Sn (5) las placas posteriores de OTFT compatibles con la producción de LCD y (6) los pasos clave en la impresión de anchos de línea inferiores a 30um
¿Un proceso de impresión digital sin tinta seca para depositar materiales multifuncionales?
Recientemente nos encontramos con este interesante sistema, desarrollado por Masoud Mahjouri-Samani, PhD et al Auburn University. Aquí, como se muestra a continuación, un láser excimer se enfoca mediante una lente sobre un objetivo. El objetivo es ablacionado, formando un penacho de nanopartículas que luego se condensan en el sustrato para formar nanopartículas. El sistema láser puede utilizarse para sinterizar y cristalizar la estructura in situ.
Este proceso de impresión en seco no requiere tintas y puede "imprimir" materiales multifuncionales complejos como el TiO2 o el ITO, superando la capacidad de la impresión digital tradicional con tinta. Los investigadores afirman que este "nuevo método permite la formación in situ y bajo demanda de varios bloques de construcción de nanopartículas a presión atmosférica y a temperatura ambiente. Estos bloques de construcción de nanopartículas pueden dirigirse hacia el sustrato a través de una boquilla formando una corriente de nanopartículas que pueden ser sinterizadas/cristalizadas por láser en varios sustratos en tiempo real."
Efectivamente, a continuación se puede ver un ejemplo de las nanopartículas de TiO2 generadas y sinterizadas. Además, se pueden ver ejemplos de circuitos de ITO y TiO2 impresos sobre sustrato de SiO2 mediante este proceso.
Se trata de un enfoque novedoso, prometedor e innovador para la deposición digital directa de una amplia gama de materiales sobre diversos sustratos. Puede superar algunas limitaciones clave de las técnicas de impresión en húmedo basadas en la tinta, especialmente en cuanto a las opciones de materiales posibles. Por supuesto, actualmente se trata de una operación de laboratorio a pequeña escala y, por supuesto, a medida que avance el desarrollo de la tecnología se conocerán más compensaciones.
La tecnología está entrando ahora en la fase de comercialización. De hecho, recientemente se ha creado NanoPrintek (NanoPrintek, Inc.) para llevar adelante este interesante enfoque.
Los nuevos materiales HTL permiten salvar la brecha entre el rendimiento más reciente de la OPV impresa a nivel de laboratorio y a nivel de producción.
A continuación puede ver el aumento histórico de las eficiencias de la OPV (fotovoltaica orgánica) desde el 2,5% en el año 2000 hasta más del 18% en la actualidad, mostrando cómo la evolución de los materiales ha impulsado este aumento.
(Evolución de los materiales: P3HT: PCBM --> aparición de los polímeros push-pull (PPP) --> aumento de los aceptores no fullerénicos (NFA) ---> nuevos PPP y NFA).
¡¡¡El siguiente gráfico, elaborado por Nicolas Bouchard Brilliant Matters, también revela la gran diferencia existente entre los mejores resultados de laboratorio y los mejores resultados a nivel de producción, siendo los resultados más altos a escala industrial de <8% !!!
Un factor clave que frena la eficiencia de los OPV a nivel de producción es la falta de disponibilidad de una capa de transporte de agujeros (HTL) compatible con los últimos materiales donantes y aceptores de OPV. Esto se debe a que los nuevos materiales donantes y aceptores más recientes tienen una brecha de banda más amplia, lo que crea una gran barrera energética con los materiales HTL tradicionales más comunes: PEDOT. Esto actúa contra la inyección de carga y disminuye la eficiencia.
Por lo tanto, para obtener lo mejor de los últimos PPP y NFA en los procesos a escala industrial, se necesita un material HTL en un disolvente no halogenado con una función de trabajo profunda que pueda imprimirse en condiciones ambientales y que produzca capas de espesor uniforme (>100nm).
Brilliant Matters ha desarrollado un material de este tipo. Aquí se muestra cómo este novedoso HTL profundo imprimible consigue resultados equivalentes al MoO3 (el mejor material evaporado) cuando se utiliza con PTQ10 y NFA.
Se trata de un paso importante para el desarrollo y la industrialización de la fotovoltaica orgánica.
Puede ver una breve presentación de 5 minutos de Nicolas Bouchard que lo explica con detalle aquí
¿Pegado directo de flip chips sobre papel sin adhesivo ni soldadura?
Ali Roshanghias et al Silicon Austria Labs (SAL) demuestran en una reciente publicación un interesante enfoque que aprovecha las propiedades únicas de los revestimientos de polipropileno (PP) sobre el papel.
En este caso, el fondo de las matrices está recubierto con una línea de capas de Cr(10nm)/Au (300nm) pulverizadas. El papel se recubre con una fina capa de PP de 18um mediante laminación por extrusión. Las pistas de Ag fueron flexoimpresas por R2R y secadas. Los troqueles son simplemente flip chip termocomprimidos en el sustrato.
Los resultados -que se muestran a continuación- confirman que la unión se forma sin una capa adhesiva o de soldadura. En este caso, la capa de PP se ablanda a 150C y refluye localmente a una temperatura de 162-165C durante la unión de los troqueles, lo que permite que los topes penetren y hagan contacto con las líneas de Ag impresas. Tras la solidificación, la capa de PP rodea los contactos, actuando esencialmente como un adhesivo preaplicado y aplicando una fuerza de compresión para estabilizar los contactos eléctricos.
Se trata de un avance interesante en este campo y de un proceso alternativo a la soldadura y los ACF. Sin embargo, ahora, la carga es aplicar una capa de PP por adelantado. Si la capa de PP es esencial en cualquier caso para planificar el sustrato y/o promover la imprimibilidad, entonces este paso puede simplificar el proceso, eliminando un paso adicional de dispensación/impresión y eliminando la necesidad de materiales adicionales.
¿La hoja de ruta futura de la electrónica impresa en 3D a medio (3-5 años) y largo plazo (5-10 años)?
En esta breve presentación de 5 minutos, el Dr. Martin Hedges comparte su opinión sobre la situación actual y la hoja de ruta de desarrollo del sector a medio (3-5 años) y largo plazo (5-10 años).
Martin es el director general de Neotech AMT GmbH, líder en el desarrollo de maquinaria electrónica impresa en 3D, tanto para la creación de prototipos como para la producción en serie.
Estado actual: se pueden ver ejemplos de (1) impresión en superficies ya 3D y (2) electrónica impresa en 3D totalmente aditiva. En este último, se puede ver un ejemplo de una impresora 3D de filamento (FFM) que construye la parte mecánica. El proceso se interrumpe para hacer automáticamente SMT PnP y Ag metal jetting para construir las pistas conductoras. En este caso, se crean múltiples capas de electrónica interconectada dentro de la estructura 3D, integrando piezas como LED, ópticas, guías de ondas, etc.
Hoja de ruta a corto plazo (3-5 años): la industria debería completar la primera línea de procesamiento completamente automatizada basada en la impresión digital 3D de la electrónica. También se integrará cierto grado de IA/ML para la inspección de la calidad y quizás incluso la autocorrección. Además, se integrará una amplia gama de funcionalidades, especialmente los electrodos de potencia, quizás utilizando estructuras cerámicas, y el área/volumen impreso también se ampliará para formar grandes objetos 3D.
Hoja de ruta a largo plazo (5-10 años): se habilitarán arquitecturas de producto completamente nuevas y la industria podrá empezar a alejarse de las técnicas tradicionales de producción de PCB basadas en el grabado. Además, será posible el reciclaje, la reparación y la reutilización automatizados.
¿Cómo se imprimen las características sub 30um?
La serigrafía no deja de avanzar y está entrando en el territorio de la impresión de líneas ultrafinas. Este pase de diapositivas y este breve vídeo analizan lo que se necesita para alcanzar características inferiores a 30um en la producción:
TEsfuerzo de equipo: la serigrafía es un esfuerzo de equipo, que requiere una estrecha colaboración entre el fabricante de la pasta, el fabricante de la malla y la emulsión, el impresor, etc.
Malla negra de acero inoxidable: las mallas convencionales de acero inoxidable son reflectantes (10-15%). Para conseguir aberturas estrechas y nítidas en la emulsión fotosensible de alta resolución, es necesario minimizar los reflejos aleatorios de la malla de acero inoxidable, especialmente en las longitudes de onda de 365 nm y 405 nm. Por ello, se requiere una versión en negro
Mallas estrechas: Asada Mesh es el maestro en la fabricación de las mallas de acero inoxidable más avanzadas. Para conseguir un tamaño inferior a 30um, se necesitará una malla con un diámetro de 11-13um con una apertura del 55%-60%. Asada Mesh ya está superando los límites de rendimiento, ofreciendo incluso mallas de 9um. Se trata de un avance increíble, teniendo en cuenta que se necesitan unos 3 años de intensos desarrollos para rebajar 1um del diámetro de la malla
Selección del sustrato: dependiendo de la pasta, la selección del sustrato es clave para equilibrar la tensión/energía de la superficie. Los ejemplos siguientes, presentados por FERNANDO ZICARELLI, muestran el enorme impacto de las propiedades del sustrato incluso en las líneas de impresión de 50um.
Puede ver el vídeo completo de Fernando aquí.
Placas base de TFT de alto rendimiento impresas a 80C y estampadas con los equipos de LCD existentes...
Es increíble ver el progreso que han hecho los semiconductores orgánicos (OTFT) en los últimos 15-20 años. SmartKem, Inc. está eliminando las barreras existentes desde hace tiempo para la adopción de la tecnología OTFT. Se trata de pasos de desarrollo cruciales y esenciales para garantizar el éxito comercial, ya que el progreso técnico por sí solo en términos de movilidad o estabilidad nunca será suficiente.
Herramientas EDA: Han diseñado herramientas EDA que permiten el diseño y la simulación de circuitos que utilizan sus circuitos OTFT. Se trata de un requisito previo esencial para la adopción que antes no existía
Cartera completa de materiales TFT: El TFT no es sólo la capa semiconductora. Todos los materiales de una pila de TFT deben trabajar juntos de forma optimizada. Se han invertido unos 50 millones de euros y diez años en desarrollar una cartera completa de materiales necesarios para fabricar un OTFT junto con los parámetros de procesamiento, incluidas las capas de pasivación, la capa resistente a la pulverización catódica, el aislante de puerta de la capa base, etc. Esto es increíblemente importante porque todos los materiales deben funcionar juntos y garantizar la compatibilidad con los procesos de producción existentes.
Compatibilidad con los procesos existentes: No se puede esperar que los fabricantes de pantallas reinventen la rueda y adopten no sólo un nuevo material sino también un nuevo proceso. Por tanto, la compatibilidad con los procesos existentes es un requisito indispensable. Smartkem se ha asegurado de que se puedan fabricar placas posteriores de OTFT con su conjunto de materiales basándose en los equipos de LCD existentes.
Commercial partnerships in various display technologies: They have announced partnerships in AMOLED, QD-LCD and mini-LED displays with RiT Display, Nanosys and an unidentified Taiwanese player, respectively. In this way, they cover multiple technology areas and are not pursuing a single target market. In the past, this mistake proved costly, as most OTFT developers in the past only went for the low-hanging fruit of electronic papers.
It is a delight for us to see the progress of OTFT technology. The barriers to adoption are being cleared away. In the end, this technology proposes to offer the lowest processing cost for good enough displays, a prerequisite for the ubiquitous adoption of the emerging metaverse!
Vea una presentación completa de 5 minutos de Ian Jenks haciendo clic aquí
¿Una plataforma cinemática musculoesquelética completa con metales líquidos ultraestirables?
El galio-indio-estaño es un material interesante para la electrónica extensible. Puede formarse en un gel no tóxico que cumple la normativa RoHS y aplicarse a casi cualquier sustrato para formar metalizaciones y circuitos conductores estirables.
Conserva su liquidez limitada, lo que significa que puede seguir la forma del sustrato a medida que éste se estira, siempre que no se alcancen los límites de su histéresis.
En esta presentación, Jorge Carbo -innovador de Liquid Wire Inc.- comparte datos que demuestran que se han acercado a 1M de ciclos de estiramiento del 100% sin ningún cambio en la resistencia -¡esto es un punto de referencia a batir! De hecho, la mayoría de las tintas estirables tendrán dificultades para alcanzar este rendimiento (aunque probablemente ofrezcan una mayor conductividad).
Además, están desarrollando una plataforma completa basada en su material. Como puede verse, esta plataforma integra sus interconexiones estirables junto con microprocesos, sensores de galgas extensométricas y otros circuitos integrados rígidos, lo que demuestra que pueden formar novedosos sistemas de sensores basados en silicona deformable totalmente funcionales con electrónica incorporada.
En las diapositivas y en el vídeo que aparece a continuación también se describen múltiples ejemplos de esta tecnología, mostrando cómo esta "segunda piel" constituye la base de una tecnología de plataforma que puede utilizarse en la medición del rendimiento deportivo, en los juegos de RV/AR, en los ensayos clínicos, etc. [This is automatically translated from English]