Molekulare Tinten für extreme Formen | Schmalbandige tintenbeschichtbare Leuchtstoffe | R2R-Schichten aus GaNs | AgCl-Tinten auf Silikonbasis | Die Kunst des Siebdrucks | EMI-Schild
Hausmeisterliche Anmerkung I: TechBlick stellt jetzt das Programm für den Innovation Showcase Day am 6. Juni 2022 zusammen. Senden Sie eine E-Mail an khasha@TechBlick.com, wenn Sie einen Vortrag halten möchten. Bei unserer letzten Veranstaltung hatten wir fast 600 Live-Teilnehmer über einen Zeitraum von 4 Stunden!
Themen: In dieser Ausgabe werden wir die folgenden Technologien behandeln: Molekulare Tinten für extreme Formen | Schmalband-Tintenstrahldruckbare Phosphor-Farbkonverter | R2R-Großflächenwachstum von GaN-Mikro-LEDs | Konforme EMI-Abschirmung auf Gehäuseebene | Silikonbasierte dehnbare AgCl-Pasten | Fortschritte beim Siebdruck in Richtung <20um-Merkmale
Molekularpartikelfreie Druckfarben ermöglichen extreme Verformbarkeit und Dehnbarkeit
Molekulare, partikelfreie Tinten können eine extreme Formbarkeit und Dehnbarkeit bieten, die das Design und die Produktion von 3D-geformten und/oder im Spritzgussverfahren hergestellten Elektronikteilen mit extremen Krümmungen und komplexen Formen ermöglichen.
Arnold Kell und Julie Ferrigno stellten einige einzigartige Eigenschaften dieser Tinten - zusammen mit einzigartigen IME-Möglichkeiten - auf einer TechBlick-Konferenz im Mai 2021 vor. Einige einzigartige Eigenschaften sind:
UV-Sintern: Auf der Folie unten sehen Sie, wie die transparenten, klaren Molekulartinten unter UV-Licht gesintert werden können (x5-mal schneller als thermische Aushärtung). Zu Beginn absorbieren die klaren Tinten nur sehr wenig UV-Licht. Sobald jedoch Ag-Partikel ausfallen, nimmt die Absorption zu. Die höhere Absorption erhöht wiederum die Temperatur, beschleunigt die Sinterung und führt zu einer höheren UV-Absorption. Dieser Prozess setzt sich fort, bis die Farbe vollständig gesintert ist, und hört dann von selbst auf, weil die Partikel das Licht wie ein Spiegel zurückwerfen.
Teilweise Sinterung kompatibel mit InMold Electronics: Als Teil des IME-Prozesses ist ein Thermoformungsschritt erforderlich. In diesem Schritt wird die Temperatur des Substrats kontrolliert erhöht, um das Material zu erweichen, so dass es 3D-geformt werden kann. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden die gedruckten Molekulartinten zunächst nur teilweise durch UV-Licht ausgehärtet. Die vollständige Sinterung erfolgt dann in-situ durch die erhöhte Temperatur des 3D-Tiefziehverfahrens. Dies ist ein interessanter Ansatz, da er eine schnellere Aushärtung ermöglicht und auch das Sintern von molekularen Tinten auf Niedrig-T-Substraten wie PC erlaubt.
Extreme Formbarkeit: Die 3. Folie unten zeigt einen Vergleich dieser molekularen Tinten mit anderen Standardtinten. Es zeigt, dass diese Tinten bis zu 50 % gedehnt werden können, ohne dass sich der Widerstand verändert. Dies kann daran liegen, dass die gedruckten Linien sehr dünn sind und daher den Konturen des gedehnten Substrats viel besser folgen können als eine dickere, mit Partikeln gefüllte Tinte/Paste.
Einzigartig geformt: Die durch IME ermöglichten Formen sind oft durch die Formbarkeit der Druckfarben begrenzt. Diese Druckfarben können den Designer von dieser Beschränkung befreien und ermöglichen die Gestaltung und Herstellung komplexer Formen mit extremen Krümmungen. Hier stellt Julie ein preisgekröntes Beispiel mit steilen Kurven vor (siehe den kontrollierten Knopf)
Phosphore oder QDs für die Farbumwandlung in LCD und microLED ? Was wird sich durchsetzen?
Dies ist ein interessanter und sich weiterentwickelnder Technologiebereich, den es zu beobachten gilt. James E. Murphy et al. von GE Research haben die klassenbesten roten und grünen Schmalbandleuchtstoffe entwickelt und sind nun dabei, die Technologie in Richtung Mikro-LEDs und On-Chip-Integration weiterzuentwickeln.
Der rote KSF-Leuchtstoff ist ein hervorragender Schmalband-Farbkonverter für Displays mit großem Farbumfang. Er emittiert 5 Peaks, von denen jeder eine extrem schmale 5-nm-FWHM aufweist. Der Hauptpeak liegt im Bereich von 631nm. Es handelt sich um ein stabiles Material für hohe Lichtströme und hohe Temperaturen. Es kann sogar als direkter Ersatz für bestehende gelbe Leuchtstoffe auf dem Chip integriert werden. Es ist ein großer kommerzieller Erfolg mit >19 Lizenznehmern und >40 MILLIARDEN (mit steigender Tendenz) KFS-haltigen LEDs, die weltweit in der Display-Industrie verkauft werden.
Wie die nachstehende Folie, die auf der TechBlick im Juli 2021 vorgestellt wurde, zeigt, entwickelt sich die KFS-Technologie weiter. Anfangs, im Jahr 2014, lag die durchschnittliche Partikelgröße bei 25-30 um. Inzwischen ist sie auf 3-9 um gesunken und entwickelt sich weiter in Richtung Submikron- und sogar Nanogröße, was eine direkte Integration in Mikro-LEDs von heute und morgen ermöglicht! Dies ist ein wichtiger Technologietrend, da er den Wettbewerb zwischen QDs und Leuchtstoffen auch auf den Bereich der Mikro-LEDs ausweitet (zuvor waren QDs aufgrund ihrer geringen Größe die einzigen Akteure in der Stadt).
Darüber hinaus kann der KSF von GE jetzt in luftstabilen Tinten formuliert werden, die auf verkapselungsfreien Leuchtstoffen basieren und für den Tintenstrahldruck geeignet sind, ohne dass die Düsen verstopfen. Das bedeutet, dass es sogar als Farbkonverter auf microLEDs gedruckt werden kann, was es insbesondere ermöglicht, effiziente blaue microLEDs zu verwenden, um rote Farbe zu erzeugen und/oder nur eine blaue microLED-Farbe zu übertragen.
James E. Murphy bietet auch einen interessanten Vergleich zwischen Cd-freien InP QDs und KSF für Mikro-LEDs. Er argumentiert, dass QDs bei sehr dünnen Schichten (<10um) effizienter sind. Wenn die Schicht jedoch dicker wird, vielleicht um ein Auslaufen der blauen Farbe zu verhindern, können Selbstabsorptionseffekte eintreten, die die EQE verringern. Es wird also argumentiert, dass KSF bei einer Schichtdicke von mehr als 20 um eindeutig gewinnt, da es keine Selbstabsorption gibt.
Schließlich fehlt es an grünen Ultra-Schmalband-Leuchtstoffen, so dass der Raum für QDs offen ist. Insbesondere grüne Perowskit-QDs sind in diesem Bereich sehr stark. GE treibt jedoch die Entwicklung seiner schmalbandigen GRÜNEN Leuchtstoffe voran. Wie unten dargestellt, ermöglichen diese Materialien 100 % DCI-P3. Die Leistung ist vergleichbar mit der von Beta Sialon, jedoch ohne Übersprechen mit einem roten KSF-Emitter. Darüber hinaus bietet es eine 100%ige HTHH-Stabilität, die eine direkte On-Chip-Integration ermöglicht. Und schließlich wird ein QE-Niveau von >90% erreicht. Natürlich hat es, genau wie KFS, eine langsame PL-Abklingzeit in der Größenordnung von 90-450 um (QD ist ns).
Um mehr über QDs und microLEDs zu erfahren, besuchen Sie TechBlick's Veranstaltung am 30NOV-1Dec: www.TechBlick.com/microLEDs
R2R-gezüchtete GaN-LEDs und vielleicht sogar GaN/AlGaN-HEMT-Transistoren auf Metallfolien anstelle von teuren kleinflächigen Saphirsubstraten?
Dies könnte eine bahnbrechende Technologie sein, die die robuste und effiziente anorganische LED-Technologie auf große Flächen bringt. Bei Mikro-LED-Displays könnte sie eine monolithische Integration bedeuten, die zu Displays in Mobilgröße und großen Displays führt, die ohne einen Transferschritt vom Wafer zum Substrat hergestellt werden.
Wie unten dargestellt, entwickelt iBeam Materials eine solche Technologie. Dabei wird zunächst eine raue Metallfolie planarisiert und dann mit einem Ionenstrahl eine nm-dicke Schicht mit ausgerichteten Körnern gebildet. Diese "Vorlage" dient dann als Wachstumssubstrat anstelle z. B. eines Saphirwafers.
Wie unten zu sehen ist, wurde diese Technologie bereits zur Demonstration einer funktionsfähigen GaN-LED sowie eines GaN/AlGaN-HEMT eingesetzt. Im Juli 2021 (als die Ergebnisse auf der TechBlick vorgestellt wurden) lag der PL bei bis zu 70 % der normalen LEDs. Ein direkter Vergleich ist jedoch noch nicht fair, da der Standardansatz von jahrzehntelang angesammeltem Know-how und Produktionserfahrung profitiert.
Derzeit werden die LEDs noch nicht in R2R-Technik hergestellt, obwohl die "Vorlage" auf einem 20 Zoll breiten Substrat R2R-gefertigt werden kann. Der nächste Entwicklungsschritt wird die Demonstration eines R2R-MOCVD-GaN-Wachstums sein. Die R2R-Produktion des Templates ist nicht der Engpass, sondern das Wachstum einer dicken (5um oder so) GaN-LED.
Schließlich argumentiert Vladimir Matias, dass diese Technologie das Potenzial hat, die Produktionskosten um den Faktor 25 zu senken. Nachfolgend wird eine detaillierte Kostenanalyse gezeigt, die die technischen Meilensteine aufzeigt, die erreicht werden müssen, um diesen Kostenfahrplan zu ermöglichen.
Um mehr über diesen Vortrag und über microLED zu erfahren, besuchen Sie die erste Fachveranstaltung von TechBlick zum Thema microLEDs: www.TechBlick.com/microLEDs
Partikelfreie Druckfarben für die konforme EMI-Abschirmung?
Die konforme EMI-Abschirmung ist ein Megatrend auf dem Weg, in der Elektronik allgegenwärtig zu werden. Das derzeitige Verfahren basiert auf dem Aufsprühen einer Dreischichtstruktur aus SUS (Edelstahl) und Cu-SUS (die Gesamtschichtdicke beträgt typischerweise 3-6 um) auf die EMV (Epoxidharzmasse) des Gehäuses. Hikaru Uno von Merck und Melbs LeMieux von Electroninks Incorporated zeigen eine Alternative, die auf der Beschichtung von partikelfreien Ag-Farben ohne Vakuum basiert. Auf diesen Folien sehen Sie eine Leistungsanalyse und eine detaillierte Kostenanalyse/Prognose.
Das etablierte Verfahren (Sputtern) ist eine gut etablierte Technik mit vielen Marktreferenzen von Unternehmen wie Apple und Samsung. Es handelt sich dabei jedoch um ein Vakuumverfahren, das erhebliche Investitionen in die Produktion erfordert und eine große Produktionsfläche benötigt. Die Abscheiderate beim Sputtern ist angesichts der erforderlichen Schichtqualität ebenfalls gering. Das Sputtern ist bei der Bedeckung von Seitenwänden und tiefen Gräben schlecht, was zu großen Dickenunterschieden zwischen Ober- und Seitenwänden führt.
Das Sprühen der EMI-Abschirmung kann einige Probleme lösen: Es handelt sich um einen vakuumfreien Prozess mit geringen Investitionskosten und einem hohen Durchsatz pro Stunde (UPH), der eine gleichmäßige Bedeckung der Seiten- und Oberseitenwände ermöglicht. Das Sprühen kann mit Ag- oder Cu-Nanopartikeln durchgeführt werden.
Beide Nanopartikeltechnologien haben jedoch den Nachteil, dass sie teure Materialien benötigen, die Düsen verstopfen können, was zu Produktionsausfällen führen kann, und auch relativ dicke Beschichtungen erforderlich sind.
Um diese Mängel zu überwinden, können partikelfreie Silberdruckfarben aufgesprüht werden.
Ist diese Technik wirksam? Die nachstehenden Dias zeigen eine wirksame Abschirmung bis zu 40 GHz mit 1,2- und 3um-Beschichtungen. Dies scheint den Anforderungen zu genügen.
Ist sie zuverlässig? Auf den folgenden Folien finden Sie Daten zur Zuverlässigkeit, die zeigen, dass sich der Schichtwiderstand des beschichteten Gehäuses nicht verändert, wenn es über einen längeren Zeitraum rauen Bedingungen ausgesetzt wird.
Ist es kosteneffektiv? Das Sputtern hat hohe Investitionskosten und relativ hohe Arbeitskosten. Die nachstehenden Dias zeigen, dass das Sprühen ein sehr kostengünstiges Verfahren sein kann.
Bereits kommerziell? Es befindet sich noch in der Erprobungsphase. Der größte Stolperstein ist die immer wieder unterschätzte Macht der etablierten Unternehmen und die bereits getätigten Investitionen in Sputtering-Anlagen.
Bei dem unten dargestellten Verfahren wird die Verpackung zunächst mit Plasma vorbehandelt. Die partikelfreie Tinte wird dann aufgesprüht, während die Packungen auf dem Chuck bei 160-200 °C gehalten werden. Die hohe Temperatur führt zu einer schnellen Partikelbildung während des Sprühvorgangs. Nach dem Sprühen wird die Tinte 20 Minuten lang bei 140-160 °C ausgehärtet. Im Vergleich zu anderen partikelfreien Tinten auf dem Markt sind die Aushärtungstemperaturen relativ niedrig.
Mit der ersten erfolgreichen Referenz auf dem Markt, die das Sprühen verwendet, werden sich die Markttore öffnen und alle tintenbasierten Techniken anheben und diese zu einem Teil der schnell wachsenden elektronischen Verpackungsindustrie machen.
Dehnbare medizinische Geräte auf Silikonbasis mit AgCl-Füllstoffen?
Im Allgemeinen sind leitfähige Pasten auf Silikonbasis selten, und die Versionen mit AgCl-Füllstoffen - die für viele medizinische Wearable-Anwendungen benötigt werden - sind sogar noch seltener! David Dewey von FUJIKURA KASEI Co Ltd hat diese Paste im Juni auf der TechBlick zum ersten Mal vorgestellt. Die Pasten können 1-10 E-4 Ohm/sqr bieten, wenn sie bei 150C für etwa 30min auf Substraten wie PET oder Silikonfolie ausgehärtet werden. Diese Tinten sind mit anderen silikonbasierten Materialien (Isolatoren, Klebstoffe usw.) aus dem Portfolio von Fujikura kompatibel und ermöglichen den Druck komplexer mehrschichtiger medizinischer Wearables auf dehnbaren Substraten wie Silikon!
Um mehr zu erfahren, besuchen Sie www.TechBlick.com oder besuchen Sie die Industrie in Eindhoven am 12-13 OCT 2022
Siebdruck mit Linienbreiten unter 20 um
Der Siebdruck hat unglaubliche Fortschritte in Richtung feiner Linien gemacht: von 100 µm vor 2010 über 70 µm im Jahr 2015 bis hin zu 40 µm im Jahr 2018 und jetzt - in der Entwicklung - in Richtung 20 µm und weniger. Parallel dazu ist die Nassschichtdicke der gedruckten Linie von 12 um oder so im Jahr 2018 auf jetzt nur noch 4 um gesunken.
In den folgenden Folien zeigt Jeffrey Campbell von Sefar Inc. Beispiele für Siebe für den Feinliniendruck und präsentiert feine (<20um) Druckmerkmale. Diese Folien wurden auf der TechBlick im März 2022 vorgestellt.
Fortschritte in allen Bereichen der Siebdrucktechnologie haben diese Entwicklung entscheidend vorangetrieben. In seinem Vortrag auf der TechBlick erläuterte Jeff auch die wichtigsten technologischen Schritte, die erforderlich sind, um diesen Trend zu ermöglichen und zu unterstützen. Dazu gehören
Feine Maschen: Dies ist ein Muss, da eine feinere Maschenweite auch bei hohen Maschenzahlen größere Öffnungen und dünnere Linien ermöglicht. Dies wird unten gezeigt. Auf dieser Folie sehen Sie Beispiele für gedruckte Merkmale mit 11um-Edelstahlgeweben von Asada Mesh. Die Verkleinerung des Durchmessers des Gewebes mag einfach klingen, aber die Einsparung jedes Mikrometers erfordert drei Jahre intensiver Entwicklungsarbeit!!!
Gewebekalander: Das Abflachen des Gewebes mit Walzen verbessert die Zugfestigkeit des Gewebes und sorgt für Dimensionsstabilität. Dies ermöglicht eine bessere Kontrolle und Druck-zu-Druck-Konsistenz, selbst beim Druck von feinen Merkmalen.
Emulsionsglättung: Verringert die Oberflächenrauhigkeit des Siebs und schafft einen gleichmäßigeren Korridor für den Durchlauf der Paste. Darüber hinaus verbessert es die Kantenschärfe des endgültigen Drucks.
In den folgenden Dias sehen Sie viele Beispiele für verschiedene Siebe (Gewebe + Emulsion + zusätzliche Verarbeitung wie Kalandrieren), die für den Feinliniendruck (20um oder weniger) geeignet sind.
Vergessen Sie nicht, sich Ihr Ticket für die wichtigste Veranstaltung zum Thema Printed Electronics zu sichern
[This is automatically translated from English]
