En las próximas tres semanas publicaremos una serie de cuatro artículos que destacan la profundidad y amplitud de la innovación, así como las aplicaciones existentes y emergentes en este campo. Este artículo incluye más de 65 imágenes y gráficos individuales que muestran diversas innovaciones, técnicas y productos. A continuación puede ver el índice de este artículo.
Índice de contenidos:
Pantallas microLED: el papel de la electrónica impresa
Impresión digital en superficies 3D con características de tamaño µ
Iluminación LED de gran superficie y electrónica impresa
Soldadura a baja temperatura para la electrónica híbrida flexible
Electrónica impresa en 3D: Llevar la inteligencia a las superficies 3D
Superficies inteligentes 3D
Parches cutáneos y electrónica médica
Electrodos médicos: Serigrafía de volumen R2R
Tintas conductoras estirables para los e-textiles
Todas las innovaciones destacadas en estos artículos proceden de empresas que presentan o exponen en nuestro próximo evento del 11 y 12 de mayo de 2021 sobre electrónica impresa, híbrida, estructural y 3D. Para una tendencia determinada, a menudo destacamos solo una o dos empresas, pero nuestros eventos pasados (ahora disponibles a la carta) y futuros (en vivo, en línea) presentan a todos los actores clave del mundo.
En TechBlick, cada año ofrecemos más de 350 charlas seleccionadas a mano sobre tecnologías emergentes, como (1) electrónica impresa, híbrida y estructural y (2) materiales avanzados.
Con un único pase anual, podrá participar en todos nuestros eventos en vivo en línea, mezclarse y relacionarse realmente con la comunidad en línea, y participar en nuestras clases magistrales. Vea cómo funciona nuestra red de contactos y la mezcla virtual aquí.
Hemos reunido el mejor cartel de ponentes hasta la fecha para nuestra próxima conferencia LIVE, que tendrá lugar los días 11 y 12 de mayo de 2021, y que abarcará la electrónica impresa, híbrida, estructural y 3D. Nuestro programa cuenta con 65 ponentes y panelistas entre los que se encuentran Coca Cola, P&G, Boeing, Airbus, HP, Signify, Texas Instruments, Panasonic, Parsons, ARM, Identiv, Wuerth, Phillips 66, US Army, Agfa y muchos más...
Este programa coincide con nuestra conferencia en directo (en línea), que se centra en "Quantum Dots: Material Innovations & Commercial Applications". Entre los ponentes se encuentran Shoie Electronic Materials, Emberion, IMEC, SWIR Systems, Avantama, UbiQD, etc.
Puedes ver la agenda completa aquí Puedes comprar tu pase anual por sólo 450 euros al año utilizando el código de descuento 10%DiscountAA hasta el 1 de mayo de 2021.
Entre los ponentes se encuentran:
Podrá conocer a todos nuestros expositores en nuestra feria LIVE (ver expositores más abajo). Estarán en sus cabinas virtuales interactivas esperando a que te acerques. También podrá escuchar la presentación de todos nuestros ponentes y seguir con ellos -como lo haría en un mundo físico- en un salón de networking altamente interactivo.
Pantallas MicroLED:
El papel de la electrónica impresa
Volver al contenido
Una de las tendencias más importantes en la industria de las pantallas son los micro-LEDs. Estas pantallas son fantásticas, pero son difíciles de fabricar. Los Mirco-LED se presentan en diversas formas (véase más adelante) y pueden utilizarse en distintos tipos de pantallas, desde las de pequeño tamaño y las micro, hasta las de gran tamaño.
El proceso de transferencia, como veremos, es un reto técnico importante y por ello recibe merecidamente toda la atención. Sin embargo, un punto que a menudo se descuida es cómo metalizar los sustratos reales para conectar los micro LEDs transferidos.
A menudo se utiliza el PVD. Este método está probado, pero es un método de sustracción. Además, hay que perforar una vía a través del sustrato de vidrio madre y rellenarla para crear una conexión de adelante hacia atrás. Las empresas proponen ahora el uso de la serigrafía. A continuación se muestra un gran ejemplo de Applied Materials. En este caso, las líneas de conexión se pueden serigrafiar con pastas de plata.
Y lo que es más importante, el sustrato puede girarse robóticamente para que las líneas conductoras de adelante hacia atrás se impriman también en el borde del sustrato, eliminando así la necesidad de perforar y rellenar las vías. En la actualidad, Applied Materials consigue una relación L/S (relación entre el ancho de línea y el espaciado) de 60/40 µm.
El proceso de transferencia en las pantallas microLED es un gran reto. Esto se debe en parte a que los microLED son muy pequeños. La imagen siguiente pone de relieve este punto, comparando el tamaño de los microLED con el de todo tipo de elementos.
Para apreciar la magnitud del reto de la transferencia, considere el gráfico de la derecha. Para una pantalla microLED RGB con tres LED de diferentes colores, el gráfico principal muestra el número de troqueles fallidos para una resolución de pantalla determinada (número de elementos transferidos) y el rendimiento de la transferencia (ejemplo: una pantalla 4K tiene 8.294.400 píxeles y cada píxel tiene 3 microLED, por lo que el número total de LED es de unos 24,8 millones).
Como se muestra en el recuadro, necesitamos un rendimiento superior al 99,99%, ya que de lo contrario la pantalla se ve comprometida. Esto es, por supuesto, extremadamente difícil de conseguir, especialmente en lo que respecta al rendimiento agregado en todo el proceso, incluyendo la metalización, la transferencia, la unión, etc.
Impresión digital en superficies 3D con características de tamaño µ
Volver al contenido
Para lograr estos objetivos tan estrictos es probable que se necesite algún mecanismo de reparación de precisión después de la transferencia. La impresión digital de ultraprecisión en superficies tridimensionales (o no lisas) puede ofrecer una herramienta de reparación prometedora.
A continuación se muestra un ejemplo de XTPL (Polonia). Pueden imprimir digitalmente rasgos de pocos micrómetros utilizando su propia tinta viscosa de nanopartículas de plata. Como puede verse en la imagen, en un ejemplo, imprimen una línea de 3,2 µm con una separación de sólo 0,7 µm. En la imagen inferior derecha, la impresora se aplica para permitir la reparación de defectos abiertos en pantallas de alta resolución. Esta tecnología tiene un interesante posicionamiento de rendimiento respecto a otros procesos de impresión aditiva como la inyección de tinta, el aerosol, la electrohidrodinámica, etc. En general, supera los límites actuales de resolución de la inyección de tinta y el aerosol, y se equipara a la electrohidrodinámica pero con una tinta más viscosa. Esta herramienta puede utilizarse en muchas aplicaciones, como la impresión de seguridad, la creación de prototipos de capas de redistribución, los paquetes electrónicos y muchas otras aplicaciones.
El tema de la impresión de ultra alta resolución está fuertemente cubierto en nuestra próxima conferencia del 11-12 de mayo de 2021. Los presentadores anteriores y los próximos confirmados sobre este tema incluyen a Kodak, Optomec, Enjet, XTPL, Applied Materials, NanoOps, IDS, etc. Con un Pase Anual puede, por supuesto, acceder al contenido anterior de todas nuestras conferencias anteriores
Iluminación LED de gran superficie y electrónica impresa
Volver al contenido
La electrónica impresa puede desempeñar un papel en la iluminación LED de gran superficie de múltiples maneras. En primer lugar, consideremos el ejemplo de la izquierda (de Kundisch GmbH). En este caso, los circuitos impresos o la metalización se utilizan para alimentar los LED. La principal ventaja de los LEDs impresos es que se pueden crear patrones personalizados, lo que otorga un alto grado de libertad de diseño. Hay que tener en cuenta que la impresión también puede realizarse en sustratos flexibles de PET. La soldadura se realiza probablemente de forma manual, a menos que se utilice una de las tecnologías emergentes descritas a continuación.
Además, se puede imprimir el metalizado y los materiales de fijación de los componentes mediante la técnica de rollo a rollo (R2R), así como ensamblar los LED en un sustrato flexible y conformable similar al PET. Este puede ser un excelente proceso de producción para crear láminas LED flexibles y conformables.
Este proceso existe desde hace varios años, pero ahora está cobrando fuerza e impulso. Un buen ejemplo es la lámina de iluminación LED metalizada y ensamblada R2R del Centro Holst que se muestra a continuación. Aquí, todas las capas funcionales se imprimen con R2R y los LED se transfieren con R2R.
Soldadura a baja temperatura para la electrónica híbrida flexible
Volver al contenido
La electrónica híbrida flexible (FHE) requiere una soldadura a baja temperatura. Hay dos motivaciones principales e importantes: (1) poder soldar SMD o matrices en sustratos de PET, lo que permitiría una transición de la costosa PI en FPBCS al PET de bajo coste, y (2) permitir la soldadura automatizada en sustratos de PET (actualmente la soldadura en PET suele hacerse manualmente para controlar con precisión el perfil de temperatura).
Han surgido, o están surgiendo, múltiples enfoques para hacer posible esta transición. NovaCentrix propone la foto-sinterización. En este caso, las juntas se exponen a un breve pulso de milisegundos de luz de amplio espectro para provocar el reflujo de la soldadura. A continuación puede ver varios ejemplos de aplicaciones o primeros planos de soldaduras fotosinterizadas.
En esta disposición, las películas finas impresas en la superficie del sustrato experimentan temperaturas elevadas, pero no el propio sustrato, lo que permite soldar en PET y sustratos similares. Si se optimiza el perfil de sinterización, este proceso puede tener lugar en cuestión de milisegundos, lo que lo hace potencialmente compatible con los procesos de alto rendimiento R2R, eliminando así uno de los principales cuellos de botella de la producción de FHE impresos R2R.
Varias empresas también están ofreciendo y/o desarrollando soldaduras de baja temperatura. Safi-Tech ha desarrollado soldaduras de microcápsulas SAC305 que pueden aplicarse sobre PET a sólo 120C. A continuación se muestra un ejemplo y el esquema de la parte inferior derecha describe el concepto de microcápsula. La gran característica de las soldaduras -frente a los adhesivos conductores- es la autoalineación automática, que reduce la carga de la precisión de recogida y colocación. Safi-Tech es una empresa derivada de la Universidad Estatal de Iowa, que fue la cuna del SAC305.
cAlpha Assembly es otro gran ejemplo. Han desarrollado una soldadura de menos de 150C compatible con el PET estabilizado por calor. La química no se ha revelado, pero es probable que esté basada en SnIn. Las imágenes siguientes muestran un ejemplo de montaje de un circuito en un sustrato de PET blanco flexible. En este caso, la temperatura de reflujo se mantiene por debajo de los 145C. El proyecto fue una colaboración entre Alpha Assembly, Sheldahl y DuPont Teijin Films, y destaca claramente las posibilidades que ofrece esta tecnología.
Por supuesto, los adhesivos conductivos siguen siendo una buena opción. El relleno suele ser el principal factor de coste. Destacamos aquí una innovación de CondAlign que puede reducir el contenido de relleno sin comprometer el rendimiento, como la conductividad en el eje z. En este caso, CondAlign utiliza campos eléctricos para alinear verticalmente las partículas y crear películas conductoras anisotrópicas. El proceso se muestra a continuación en dos instantáneas tomadas durante un proceso real de alineación del relleno. CondAlign ha convertido el proceso de producción en R2R (véase su máquina más abajo), al tiempo que conserva los pasos inferiores a 10 µm en una amplia gama de espesores de película (desde unos pocos hasta algunos cientos de µm).
El tema de la electrónica híbrida flexible está muy presente en nuestra próxima conferencia, que tendrá lugar los días 11 y 12 de mayo de 2021. Entre los presentadores anteriores y los próximos confirmados sobre el tema se encuentran 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, y más
Electrónica impresa en 3D: llevar la inteligencia a las superficies 3D
Volver al contenido
La electrónica impresa en 3D es un área muy activa. Se puede dividir en dos subáreas: (1) la electrónica añadida a la superficie de un objeto 3D o cerca de ella, y (2) la verdadera electrónica impresa en 3D que combina la impresión 3D clásica con la electrónica impresa.
La fila superior de abajo muestra ejemplos del primer enfoque. Aquí podemos ver antenas con forma 3D, calentadores, iluminación y HMI, e incluso un dispositivo médico. La segunda fila muestra ejemplos del segundo enfoque. En este caso, las líneas conductoras y los SMD están incrustados en la estructura 3D de una forma 3D compleja que se construye capa a capa mediante la impresión 3D clásica.
Este enfoque permite aportar realmente inteligencia a la impresión 3D. Así, en lugar de limitarse a crear objetos mecánicos de volcado, se podría integrar también la electrónica dentro del objeto impreso en 3D. Si se pone en marcha un proceso de diseño a producción sin fisuras, se podrían abrir muchas oportunidades fantásticas.
Este es uno de los temas principales de nuestra próxima conferencia sobre electrónica impresa, híbrida, estructural y 3D, que tendrá lugar los días 11 y 12 de mayo de 2021. Entre los ponentes pasados (ahora disponibles a la carta) y próximos sobre este tema se encuentran HP, Signify, Wuerth, Neotech, NanoDimension y LPKF, entre otros.
Superficies inteligentes 3D
Volver al contenido
Las superficies inteligentes con forma 3D son un tema apasionante. Las aplicaciones van desde la metalización de superficies 3D a nivel de antena o paquete electrónico hasta piezas de gran tamaño para el interior o el exterior del automóvil. En la imagen siguiente, destacamos varios ejemplos de superficies inteligentes en 3D de gran tamaño destinadas al interior de los vehículos. Las tecnologías subyacentes que se destacan a continuación son diversas, como los sensores estirables, los textiles electrónicos, el moldeo por transferencia y la electrónica en molde.
De especial interés son la técnica de electrónica en molde (IME) y otras tecnologías similares. Estas tecnologías suelen tener una capa funcional compuesta por múltiples capas impresas. A continuación, la capa funcional se forma de algún modo en 3D y, en algunos casos, se sobremoldea.
Aquí puede ver dos ejemplos de electrónica InMold (o electrónica estructural) que quiero destacar. El de la izquierda es un prototipo de Greely. Aquí, el regulador del asiento pasa de un diseño clásico a uno IME, reduciendo las piezas de 45 a 1, las herramientas de 20 a 2, el peso de 185g a 25g y el grosor de 38mm a 3mm. Este último es un dato importante porque abre espacio para otras funcionalidades.
La imagen de la derecha es un ejemplo de Suunto. En este caso, el conector inteligente se fabrica con IME. A continuación se muestran los pasos del proceso. El diseño superó los requisitos de verificación del diseño, que incluían una temperatura de funcionamiento de -20 a 60C, 50 ciclos de máquina a 40C, 5000 giros de 30 grados y flexiones de 90 grados, prensa térmica, etc.
En este caso, la capa inteligente era sencilla e incluía sólo una memoria simple y una resistencia, además de varias líneas conductoras. Sin embargo, la complejidad de la tecnología IME aumentará con el tiempo. Será especialmente interesante la integración de componentes de iluminación.
Este es uno de los temas principales de nuestra próxima conferencia sobre electrónica impresa, híbrida, estructural y en 3D, que tendrá lugar los días 11 y 12 de mayo de 2021. Entre los ponentes pasados (ahora disponibles a la carta) y próximos sobre este tema se encuentran Geely, FIAT, Suunto, LightWorks GmbH, Arburg, DuPont, PolyIC, TactoTek, Kimoto, etc.
Parches cutáneos y electrónica médica
Volver al contenido
La electrónica flexible impresa está de moda en el campo de los electrodos médicos, con muchas aplicaciones.
Los parches electrónicos para la piel destinados a la monitorización continua de la atención sanitaria se han convertido en un elemento muy importante, ya que se ha pasado de la toma de muestras de glucosa en sangre a la monitorización continua de la glucosa y a todo tipo de monitorización continua de las constantes vitales, por ejemplo, la monitorización del ritmo cardíaco, etc. La monitorización continua de las constantes vitales es ya un mercado multimillonario.
La impresión puede desempeñar un papel importante en este ámbito. El ejemplo que quiero destacar aquí es el del Centro Holst, que ha desarrollado una solución completa. Se trata de un parche clínico desechable con electrónica reutilizable, con un electrodo seco, etc. El electrodo seco incluye una metalización impresa que permite medir el electrocardiograma, la respiración y la temperatura.
Otro ejemplo destacado (imagen de la derecha) es el de Screentec Oy. Aquí se puede ver un electrodo médico con SMTs integrados en la parte superior. Y la imagen inferior derecha es un ejemplo de sensor serigrafiado que puede detectar las actividades del músculo esquelético.
También se puede ver un ejemplo de Jabil, uno de los mayores fabricantes por contrato del mundo. En este caso, la electrónica de medición propiamente dicha puede imprimirse utilizando electrodos de Ag/AgCl en la parte posterior de la placa de circuito impreso. La impresión permite una mayor libertad en la colocación de los electrodos.
Electrodos médicos: Serigrafía de volumen R2R
Volver al contenido
De hecho, la impresión de productos electrónicos médicos es ya un negocio importante. El ejemplo de abajo es de Mekprint (Dinamarca). El ejemplo que se ve a la derecha es un electrodo de ECG serigrafiado con R2R. Y esta aplicación tiene un volumen de ventas de más de cien millones de unidades al año.
Otro ejemplo destacado a la izquierda es un sensor de incontinencia. También se trata de una serigrafía R2R. Curiosamente, aquí las líneas de cable conductoras son en realidad R2R impresas en un material no tejido estirable. Esta también es una aplicación comercial. También en este caso, el sensor impreso forma parte de una solución completa, que incluye la electrónica rígida, las comunicaciones, etc.
En general, la electrónica impresa está desempeñando un papel importante en los parches electrónicos para la piel, los electrodos médicos y otros campos similares. Ya es una historia de éxito.
Tintas conductoras estirables para tejidos electrónicos
Volver al contenido
El solapamiento entre los textiles electrónicos y la electrónica impresa suele ser la impresión de las interconexiones o la impresión de los sensores extensibles.
Al principio, hace unos cuatro o cinco años, las empresas empezaron a sacar la primera generación de tintas extensibles conductoras. Desde entonces se ha avanzado mucho en la mejora del rendimiento de estas tintas.
Hoy en día, las empresas no sólo ofrecen tintas conductoras estirables, sino que ofrecen toda la cartera de tintas estirables necesarias para crear un textil electrónico. Esto incluye las tintas plateadas estirables, las tintas de carbono, la tinta dieléctrica, el adhesivo conductor, etc.
El ejemplo destacado en este boletín es de Nagase. Aquí, la tinta de plata puede estirarse al 100%. El chat del centro muestra las propiedades del adhesivo conductor estirable, que puede estirarse hasta un 30% con muy poca histéresis. El adhesivo puede curarse a 180C.
El gráfico de la parte inferior derecha muestra que se necesita una pila completa para mejorar la lavabilidad. Aquí, la resistividad de una línea hecha de Ag impresa sola es menor, pero la versión apilada (plata + carbono + dieléctrico) ofrece más lavabilidad. Aquí, la versión apilada experimenta pocos cambios de rendimiento después de 100 ciclos de lavado, un hito importante para los e-textiles.
A principios de septiembre, como parte de la serie TechBlick, tendremos una conferencia completa dedicada a los parches cutáneos, los e-textiles y la electrónica extensible. Le traeremos a los principales usuarios finales, fabricantes e innovadores de materiales. Si se inscribe en el Pase Anual, también tendrá acceso a los próximos eventos.
Programa de la conferencia
[This is automatically translated from English]
