ウェアラブル電子機器用テキスタイルは、信頼性の高い相互接続、つまり、動きながら機能し、何度もの洗浄や再利用に耐える能力が要求される環境である。 このようなウェアラブル電子機器やコンフォーマブル電子機器のアプリケーションでは、良好な接着が特に困難です。 はんだは最も導電性の高い電気接続を提供しますが、硬いため、アンダーフィル接着剤を追加するだけでなく、通常は接着後のカプセル化も必要です。 SunRay ScientificのZTACH® ACE（異方性導電エポキシ）は、繊維上の電子部品や回路に信頼性の高い相互接続を提供し、繰り返し伸縮や洗濯が行われても、カプセル化せずに優れた構造接着を実現します。 ZTACH®ACEは、SMTラインでのe-Textile製造のためのスケーラブルなアセンブリプロセスとして示されています。
抵抗器、電圧レギュレータ、LEDを伸縮性のある導電性銀およびカーボンインクに適用し、封止なしのTPUにプリントして、極度のストレスを受けながら、簡単に機能を維持する様子を動画でご覧いただけます。
SMT自動加工に対応した異方性導電接着剤。
異方性導電エポキシ「ZTACH® ACE」は、基板、シート、ファブリック上のすべてのデバイスを、大きなフォーマットで同時にZ軸接続することを可能にします。 パターニングや接着圧力が不要で、低温で硬化させることができます。 ZTACH® ACEは、PET、TPU、各種テキスタイル、PCBなど、さまざまな基材に接着することができます。 この材料は、それ自体がアンダーフィルとして機能し、優れた接着力とせん断強度を発揮するため、二次的なアンダーフィルや接着後の封止は必要ありません。ZTACH® ACEは、100ミクロンまでのファインピッチを実現することができます。現在、50ミクロン以下のピッチを開発中です。
図1: ZTACH® ACE - コラム
ZMAG™マグネットパレットに載せたZTACH®ACEの高倍率X線断面をリアルタイムで撮影し、同時にキュアしている映像です。
ZTACH® ACEは、強磁性導電性粒子がサンレイの特許であるZMAG™マグネットパレットを介して磁気的に整列することで機能します。図1とビデオにあるように、ZMAG™パレットに置かれると、これらの粒子は直ちにz軸の「ワイヤー」に整列し、樹脂が硬化プロセスによって固まる間、磁気的に固定されます。 これにより、デバイスは回路に電気的に接続されます。 フィラーの割合が非常に低いため、従来の接着方法と比較して、デバイスの接着強度が非常に高くなります。 ZTACH®ACEは、基本的に導電性のZ軸柱を全体に持つアンダーフィルであるため、X-Y平面で電気絶縁性を維持しながら、パッド位置で導電性を、パッド間で熱放散を行います。
ZTACH®ACEの優れた性能は、大量のSMT/リフローラインで数百枚のシートに配線された数千個の部品を通して実証されています。
従来のはんだの限界を超えたZTACH®ACE
はんだとは異なり、ZTACH®ACEは電気的接続とアンダーフィルの両方を提供します。
フレキシブル基板上のほとんどのはんだ接続は、従来、保護とフレキシブルでない相互接続部の接着を維持するために封止剤を加える必要がありました。ZTACH®ACEは、封止材を必要としない信頼性を実証しています。これにより、製造工程が不要になり、封止剤による局所的な硬直化がなくなり、かさばらない製品プロファイルが得られます。 封止材を使用しないことは、LEDアプリケーションにおいて特に有益であり、光学的に透明なカバーの追加によってLEDの透明度が阻害されることはありません。 また、封止材の経時変化による性能への影響もありません。このことは、医療用途の紫外線LEDの性能を最適化するために特に有効である。
図2*は、モレックスのPrinted Circuit Solutions SMTラインで組み立てられたプリントシルバー回路にZTACH® ACEで取り付けられたコンポーネントの信頼性テストの結果を示しています。 封止コーティングの有無にかかわらず、テストしたすべての部品が合格しています!
図2: *本資料は、協力契約番号 W911NF-19-2-0345 のもと、陸軍研究所がスポンサーとなった研究に基づいて作成されたものです。この文書に含まれる見解と結論は著者のものであり、陸軍研究所または米国政府の明示または黙示の公式方針を代表するものと解釈されるべきではない。米国政府は、そこに著作権の表記があっても、政府目的のために再印刷を複製し配布することを許可されています。
ウェアラブルエレクトロニクスは、従来のSMT回路基板やフレキシブル回路を超える課題を抱えている
電気機能性テキスタイルは、ウェアラブルファブリックにプリントされた、あるいは織り込まれたデバイスと回路との間の接続を良好に保つ必要があります。特に、硬い金型と伸びたり動いたりする布地との間の接着が課題となっています。ZTACH®ACEは、1回のステンシル工程で塗布され、その後、磁化と硬化が行われます。この材料は、部品のフットプリント全体に塗布され、ファブリック上の電気回路との相互接続と構造的な結合の両方を実現します。ZTACH® ACEは相互接続部位を安定させます。エポキシ樹脂によって固定された整列粒子のZ軸の柱は、電気接続を維持しながら周囲の織物の屈曲を可能にします。
米国製造業革新協会（MIMI）のプロジェクトコール2.0プログラムであるAdvanced Functional Fabrics of America（AFFOA）の資金提供プロジェクトに基づき、サンレイ・サイエンティフィックとUMASS Lowellは機能性eテキスタイルのシートtoシート製造を開発、SMTラインでの拡張性を実証しました。プロジェクト[1]「Reliable High Density Conformal Electrical Interconnects for Dynamically Active Flexible Textile Functionalization」では、布帛の導電性ワイヤー回路にLEDを取り付けました。
図3 (左）。導線を織り込んだ布にZTACH®ACEを用いてSMTライン上に取り付けたLEDと、組み立て後の機能性を示すビデオ（右）1。
これらの実用化されたe-Textileは、洗濯と乾燥のサイクルテストに供された。
[1] この資料は，契約番号 W15QKN-16-3-0001 の下で U.S. Army ARDEC がスポンサーとなって行った研究に基づいている。米国政府は、政府目的のために複製および再版を配布することを許可されています。
e-Textilesの開発には大きな進展がありましたが、機能性、信頼性、拡張性、コストの面で大きな課題が残されています。 堅牢な相互接続は、コンフォーマル・フレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクスとストレッチャブル e-テキスタイルの両方における主要な課題として繰り返し指摘されています。 サンレイ・サイエンティフィックの革新的なZ軸導電性接着剤は、少ないステップ、無圧、低温でSMTラインに統合することができます。 ZTACH® ACEは、最小限の設計要件で、現行製品や新製品の設計に容易に組み込むことができ、電子部品やウェアラブル電子テキスタイルの小型化・軽量化をサポートします。 ZTACH® ACEは、従来の方法よりも信頼性の高い相互接続ソリューションであることが示されており、ウェアラブルエレクトロニクスのスケーラブルな生産を実証しています。
22 Meridian Road, Unit 1 * Eatontown, NJ 07724 * www. sunrayscientific.com
この研究は、一部、米国政府の資金援助を受けて行われたものです。この文書に含まれる見解と結論は著者のものであり、明示または黙示を問わず、米国政府の公式な方針を表すものと解釈されるべきではない。 [This is automatically translated from English]