Este boletín ofrecerá actualizaciones periódicas sobre la electrónica aditiva, cubriendo todo el amplio espectro de materiales, procesos y aplicaciones. El término electrónica aditiva engloba un conjunto de tecnologías y aplicaciones muy diversas. Lo cubriremos todo. Para saber más, visite TechBlick en línea o en sus instalaciones (www.TechBlick.com).
Electrodos envolventes para microLEDs
Para ampliar las pantallas microLED a grandes superficies, se pueden titular pantallas más pequeñas. Dado que los microLED pueden ser dispositivos realmente sin bordes, el mosaico puede funcionar, dando un aspecto aparente.
Cada título debe albergar los microLED, la placa base y los electrodos del controlador. Los microLED y la placa base se sitúan en la parte frontal del sustrato de vidrio, mientras que los electrodos del controlador se encuentran en la parte posterior. Se necesitan interconexiones para conectar ambos. Los electrodos envolventes (interconexiones que rodean el borde para conectar la parte delantera y la trasera) son una solución elegante que evita la necesidad de perforar y rellenar una vía de vidrio.
Los electrodos envolventes pueden imprimirse o depositarse en PVD (ambos prefieren el vidrio biselado). Este último puede dar lugar a características de mejor tamaño y a líneas finas y conductoras, mientras que el primero puede aumentar la productividad.
Las imágenes siguientes muestran varias tecnologías. La serigrafía es una solución robusta con poco tiempo de TACT. Applied Materials ha demostrado que puede imprimir por serigrafía anchos de línea muy estrechos (30um) sobre espaciamientos estrechos (50um). Estos resultados son excelentes. Obsérvese, a modo de referencia, que el estado de la práctica/producción y el estado de la técnica en la serigrafía de pasta conductora sobre fotovoltaicos solares de silicio son de 35um y 20um, respectivamente. En el proceso, primero se imprimen los electrodos superiores y los inferiores antes de girar el sustrato (con una excelente alineación) para imprimir los electrodos sobre el borde.
Esta tecnología requiere máquinas excelentes. Applied Materials ha lanzado una máquina capaz de manejar un sustrato de 230x230mm con una repetibilidad de +/- 6um y un rendimiento de 1000pph. Hay que tener en cuenta que la optimización de la pasta y del proceso de impresión son fundamentales. En general, se necesitará una pasta de muy alta conductividad (20% de Ag a granel) con una adherencia de 5B sobre el vidrio. El objetivo de espesor final impreso es de 3-5um. El proceso de impresión serigráfica debe producir una superficie lisa sin picos cerca del borde.
También se propone el chorro de aerosol para la deposición aditiva de electrodos envolventes. La ventaja del aerosol es que puede imprimir sobre superficies 3D y que, en general, puede depositar características más finas que la serigrafía. Para conseguir electrodos envolventes, hay que imprimir dos electrodos medio envolventes (véase más abajo). Entre los pasos, habrá que girar el cristal. Optomec afirma que consigue 18k interconenctos de envoltura completa por hora (sin contar el tiempo que se tarda en girar el cristal). Tenga en cuenta que el ejemplo de abajo muestra L/S 50um aunque, en principio, el chorro de aerosol puede ir desde abajo.
En general, se trata de una solución interesante para el mercado de los microLED
Impresión por impulsos: ¿el maestro de todos los procesos de la electrónica impresa?
La impresión por impulsos -desvelada y presentada recientemente en TechBlick- parece ser una tecnología apasionante. Los detalles de la tecnología aún no se han revelado por completo, y el desarrollo se encuentra todavía en una fase de laboratorio, pero los resultados revelados y los niveles de rendimiento declarados son increíbles.
Como se puede ver a continuación, la tecnología puede imprimir digitalmente pistas con resoluciones tan bajas como 2um y tan altas como un milímetro. Puede imprimir materiales con un rango de viscosidad extremadamente amplio, de 0,1 a 10.000 Pa.s, lo que significa que puede imprimir tintas de cobre y plata, así como adhesivos conductores basados en soldadura y epoxi. La técnica imprime sobre superficies 3D, pudiendo imprimir sobre huecos tan cortos como 1um y tan altos como 10mm. Esta técnica de impresión digital puede imprimir patrones secuenciales y simultáneos a alta velocidad.
La diversidad en todos los parámetros (resolución, brecha de impresión, viscosidad de la tinta o de las pastas, etc.) es única para cualquier proceso de impresión digital. De hecho, como se muestra en el gráfico siguiente, cada tecnología ocupa una posición determinada en términos de resolución/tamaño de la característica, viscosidad, brecha de impresión, etc.).
La tecnología es todavía joven y está en desarrollo. En la actualidad, el área de impresión es pequeña (1x10mm2) pero existe una hoja de ruta para escalar la herramienta y poder imprimir primero a 20x20mm2 y luego a 96x96mm2.
No pierdas de vista este espacio, ya que la tecnología pronto se convertirá en una empresa emergente.
Llevar la precisión de la electrónica impresa por debajo de 1um
La tecnología de la electrónica impresa está evolucionando. Una de las direcciones de desarrollo es la impresión de líneas ultrafinas, lo que permite que la tecnología se acerque cada vez más al ámbito de la fotolitografía. Este ejemplo, desarrollado por VTT, demuestra un proceso de impresión submicrónico.
El proceso consiste en la impresión offset inversa. En este caso, el rodillo de PDMS se recubre primero con la tinta. La tinta se seque en el rodillo, en parte por absorción en el PDMS. Este estado semiseco permite superar los problemas de humectación cuando las tintas están en estado líquido. El rodillo de PDMS entintado se pone en contacto con un cliché, o placa de relieve, eliminando partes de las tintas. A continuación, las tintas semisecas estampadas en el rodillo de PDMS se transfieren al sustrato final.
En este ejemplo, VTT logra la impresión directa de tintas de nanopartículas de plata de 1µm. La impresora RO de sobremesa se utilizó para imprimir una malla metálica sobre PET con anchos de línea de 1µm. La resisitividad de la lámina reportada no es muy baja (100Ohm/sqr), probablemente porque las líneas son muy finas.
En general, cabe destacar que la ROP puede permitir resoluciones mínimas de entre 0,5 y 5µm, líneas de espesor impresas de entre 20 y 1000nm, precisión de superposición <2um y velocidades de impresión de 50mm/s (3m/min).
Soluciones avanzadas de interconexión para soluciones híbridas flexibles
La electrónica híbrida flexible (FHE) reúne lo mejor de la electrónica impresa y flexible con la electrónica rígida basada en Si. Un cuello de botella crítico y a menudo limitante es la interconexión entre los circuitos integrados impresos (a menudo anchos) y los de Si (a menudo de paso estrecho). Las soldaduras normales no pueden utilizarse fácilmente porque (1) los sustratos como el TPU (electrónica extensible) y el PET (electrodos flexibles) imponen una gran limitación de temperatura, a menudo incluso por debajo de las soldaduras de baja T basadas en bismuto, y (2) algunas tintas, especialmente las de Ag, se disuelven en la soldadura. Además, estas interconexiones no sólo deben soportar los tamaños de paso de los circuitos integrados, sino también sobrevivir a la flexión y al estiramiento, y ser compatibles con los procesos industriales estándar.
Una opción es utilizar epoxis rellenos de partículas (a menudo partículas de Ag) para formar las interconexiones. En este caso, a menos que sea anisotrópico, los tamaños de paso serán limitados. Además, las cargas de partículas suelen ser elevadas para conseguir una alta conductividad, lo que aumenta el coste.
Sunray Scientific Inc. ha desarrollado una solución novedosa: dispersa partículas ferromagnéticas dentro de un sistema epoxi de dos partes. Bajo un campo magnético externo, las partículas se alinean verticalmente, formando trayectorias conductoras en el eje z. El paso puede ser de hasta 100um. La temperatura de curado puede ser tan baja como 80C, por lo que es compatible con el TPU y el PET. El material puede soportar un estiramiento extremo y repetido.
Además, el proceso es, como se muestra a continuación, compatible con el proceso SMT estándar. El material puede imprimirse por estarcido o dispensarse. Una vez recogido y colocado el componente, se utiliza una paleta magnética para alinear las partículas antes de enviar la película a un paso de curado (por lotes, reflujo, horno vertical)
Se trata de un proceso interesante. Por supuesto, carece de las propiedades de autoalineación de la soldadura. Además, el espesor está actualmente limitado a 100um, lo que es demasiado amplio para muchos circuitos integrados.
¿Tintas soldables de nanopartículas de Cu altamente conductoras?
Un reto importante en la electrónica impresa es la imposibilidad de soldar directamente sobre pasta de Ag (el material de tinta y pasta más común) porque no se forma una capa intermetálica. Con el Cu, esto puede ser diferente.
Aquí, Copprint muestra los resultados, demostrando que se puede soldar directamente sobre sus pastas de Cu con buenos resultados en las pruebas de cizallamiento, aunque a veces la humectación no sea la mejor. También muestra cómo se forma una fuerte capa intermetálica durante la soldadura, por ejemplo, con la soldadura estándar SAC305 sobre un sustrato FR4.
Se trata de un importante avance de la técnica porque hace que la electrónica impresa sea más compatible con los procesos SMT estándar. Además, la tinta de Cu también es compatible con las soldaduras de baja temperatura, lo que permite soldar componentes directamente en un sustrato de PET con líneas de Cu impresas.
En general, las tintas de Cu han tenido problemas en el pasado. La conductividad no ha sido lo suficientemente alta, lo que significa que se necesita más material, con lo que se erosiona su ventaja de $/Kg frente a la Ag. También han requerido nuevos pasos de sinterización con una nueva curva de aprendizaje y con nuevos equipos. Los datos de Copprint sugieren que su tinta puede sinterizarse muy rápidamente y alcanzar niveles de conductividad superiores a los de los proveedores clásicos de Ag. [This is automatically translated from English]
