Tintenfreier Digitaldruck | Löt-/Klebstofffreies Die Bonding | Roadmap für 3DPE | HTL für Hochleistungs OPV | OTFTs kompatibel mit LCD-ProduktionHochleistung
Bevor ich auf die Einzelheiten der Technologie-Updates in dieser Woche eingehe, möchte ich sagen, dass wir uns sehr auf unsere Veranstaltung vor Ort in Eindhoven, Niederlande, am 12. und 13. Oktober 2022 freuen. Die Ausstellung ist längst ausverkauft, die Warteschlange ist lang, das erstklassige Programm ist angekündigt, und die Nachfrage nach Teilnehmerkarten ist sehr groß. Die vollständigen Informationen können Sie hier einsehen. Dies ist die wichtigste Veranstaltung der Branche.
Im Folgenden werden wir über einige interessante Entwicklungen in der Welt der additiven Elektronik berichten. Wir werden uns mit folgenden Themen befassen: (1) Digitaldruck ohne trockene Tinte, (2) HTL mit Tiefenarbeitsfunktion, (3) Fahrplan für 3DPE, (4) direktes Die-Bonding auf Papier mit Lot oder Klebstoffen, (5) Flüssigdraht auf der Basis von leitfähigen Ga-In-Sn-Gelen, (5) OTFT-Backplanes, die mit der LCD-Produktion kompatibel sind, und (6) Schlüsselschritte beim Drucken von Linienbreiten unter 30 um.
Ein digitales Druckverfahren ohne trockene Tinte zum Aufbringen multifunktionaler Materialien?
Vor kurzem sind wir auf dieses interessante System gestoßen, das von Masoud Mahjouri-Samani, PhD et al. von der Auburn University entwickelt wurde. Hier wird, wie unten gezeigt, ein Excimer-Laser durch eine Linse auf ein Ziel fokussiert. Das Ziel wird abgetragen, wobei eine Wolke von Nanopartikeln entsteht, die dann auf dem Substrat kondensieren und Nanopartikel bilden. Das Lasersystem kann dazu verwendet werden, die Struktur in situ zu sintern und zu kristallisieren.
Dieses Trockendruckverfahren kommt also ohne Tinte aus und kann komplexe multifunktionale Materialien wie TiO2 oder ITO "drucken", was über die Möglichkeiten des herkömmlichen digitalen Tintendrucks hinausgeht. Die Forscher behaupten, dass diese "neue Methode die In-situ- und On-demand-Bildung von verschiedenen Nanopartikel-Bausteinen bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur ermöglicht. Diese Nanopartikel-Bausteine können durch eine Düse auf das Substrat gerichtet werden und bilden einen Strom von Nanopartikeln, die in Echtzeit auf verschiedenen Substraten lasergesintert/kristallisiert werden können".
Unten sehen Sie ein Beispiel für die erzeugten und gesinterten TiO2-Nanopartikel. Außerdem sehen Sie Beispiele von ITO- und TiO2-Schaltungen, die mit diesem Verfahren auf SiO2-Substrate gedruckt wurden.
Dies ist ein neuartiger, vielversprechender und innovativer Ansatz für die direkte digitale Abscheidung einer breiten Palette von Materialien auf verschiedenen Substraten. Mit diesem Verfahren können einige wesentliche Einschränkungen von Nassdrucktechniken auf Tintenbasis überwunden werden, insbesondere im Hinblick auf die möglichen Materialoptionen. Natürlich handelt es sich derzeit um einen Laborversuch in kleinem Maßstab, und natürlich werden mit fortschreitender Technologieentwicklung weitere Kompromisse bekannt werden.
Die Technologie tritt nun in die Phase der Kommerzialisierung ein. Das Unternehmen NanoPrintek (NanoPrintek, Inc.) wurde vor kurzem gegründet, um diesen spannenden Ansatz voranzutreiben.
Neue HTL-Materialien ermöglichen es, die Lücke zwischen der neuesten Leistung von gedruckten OPVs auf Labor- und Produktionsebene zu schließen.
Unten sehen Sie den historischen Anstieg der OPV-Wirkungsgrade (organische Photovoltaik) von 2,5 % im Jahr 2000 auf heute >18 %, der zeigt, wie die Entwicklung der Materialien diesen Anstieg bewirkt hat.
(Materialentwicklung: P3HT: PCBM --> Entstehung von Push-Pull-Polymeren (PPP) --> Aufkommen von Nicht-Fulleren-Akzeptoren (NFAs)---> neuartige PPP und NFA).
Das nachstehende Diagramm von Nicolas Bouchard, Brilliant Matters, zeigt auch die große Kluft zwischen den besten Laborergebnissen und den besten Ergebnissen auf Produktionsebene, wobei die höchsten Ergebnisse im industriellen Maßstab <8 % betragen!
Ein Schlüsselfaktor, der die Effizienz von OPVs auf Produktionsniveau hemmt, ist die Nichtverfügbarkeit einer Lochtransportschicht (HTL), die mit den neuesten OPV-Donor- und Akzeptormaterialien kompatibel ist. Dies liegt daran, dass die neuesten Donor- und Akzeptormaterialien breitere Bandlücken aufweisen, wodurch eine große Energiebarriere gegenüber den herkömmlichen HTL-Materialien entsteht: PEDOT. Dies wirkt der Ladungsinjektion entgegen und senkt den Wirkungsgrad.
Um das Beste aus den neuesten PPPs und NFAs in industriellen Prozessen herauszuholen, benötigt man daher ein HTL-Material in einem nicht-halogenierten Lösungsmittel mit einer tiefen Arbeitsfunktion, das unter Umgebungsbedingungen gedruckt werden kann und gleichmäßig dicke (>100nm) Schichten ergibt.
Brilliant Matters hat ein solches Material entwickelt. Hier wird gezeigt, wie dieses neuartige druckbare tiefe HTL bei Verwendung von PTQ10 und NFA gleichwertige Ergebnisse wie MoO3 (bestes verdampftes Material) erzielt.
Dies ist ein wichtiger Schritt in der weiteren Entwicklung und Industrialisierung der organischen Fotovoltaik.
Hier finden Sie eine kurze 5-minütige Präsentation von Nicolas Bouchard, in der dies ausführlich erläutert wird
Direktes Aufkleben von Flip-Chips auf Papier ohne Klebstoff oder Lot?
Ali Roshanghias et al Silicon Austria Labs (SAL) zeigen in einer kürzlich erschienenen Publikation einen interessanten Ansatz, der die einzigartigen Eigenschaften von Polypropylen(PP)-Beschichtungen auf Papier nutzt.
Hier ist die Unterseite der Matrizen mit einer gesputterten Schicht aus Cr(10nm)/Au (300nm) beschichtet. Das Papier ist mit einer dünnen 18-um PP-Schicht durch Extrusionslaminierung beschichtet. Die Ag-Spuren wurden im R2R-Flexodruckverfahren aufgebracht und getrocknet. Die Matrizen sind einfach als Flip-Chip in das Substrat thermokomprimiert.
Die unten gezeigten Ergebnisse bestätigen, dass die Verbindung ohne Klebstoff- oder Lötschicht hergestellt wird. Hier wird die PP-Schicht bei 150 °C erweicht und fließt bei einer Temperatur von 162-165 °C während des Die-Bondings lokal zurück, so dass die Bumps in die gedruckten Ag-Leitungen eindringen und mit ihnen in Kontakt treten können. Nach der Verfestigung umschließt die PP-Schicht die Kontakte und wirkt im Wesentlichen wie ein vorher aufgetragener Klebstoff, der eine Druckkraft zur Stabilisierung der elektrischen Kontakte ausübt.
Dies ist ein interessanter Fortschritt auf diesem Gebiet und ein alternatives Verfahren zu Lot und ACF. Allerdings besteht die Belastung jetzt darin, eine PP-Schicht im Voraus aufzutragen. Wenn die PP-Schicht in jedem Fall notwendig ist, um das Substrat zu planieren und/oder die Bedruckbarkeit zu verbessern, kann dieser Schritt das Verfahren vereinfachen, da ein zusätzlicher Dosier-/Druckschritt entfällt und keine zusätzlichen Materialien benötigt werden.
Wie sieht der künftige Fahrplan für 3D-gedruckte Elektronik mittelfristig (3-5 Jahre) und langfristig (5-10 Jahre) aus?
In dieser kurzen 5-minütigen Präsentation gibt Dr. Martin Hedges einen Einblick in den aktuellen Stand sowie die mittelfristige (3-5 Jahre) und langfristige (5-10 Jahre) Entwicklungsplanung der Branche.
Martin Hedges ist Geschäftsführer der Neotech AMT GmbH, einem führenden Unternehmen in der Entwicklung von 3D-gedruckten Elektronikmaschinen, sowohl für die Herstellung von Prototypen als auch für die Serienproduktion.
Aktueller Stand: Sie können Beispiele für (1) den Druck auf bereits vorhandene 3D-Oberflächen und (2) vollständig additiv gedruckte 3D-Elektronik sehen. In letzterem Fall sehen Sie ein Beispiel für einen Filament-3D-Drucker (FFM), der das mechanische Teil herstellt. Der Prozess wird unterbrochen, um automatisch SMT PnP und Ag-Metall-Jetting für den Aufbau der Leiterbahnen durchzuführen. Hier werden mehrere Schichten miteinander verbundener Elektronik innerhalb der 3D-Struktur erstellt, in die Teile wie LED, Optik, Wellenleiter usw. integriert werden.
Kurzfristiger Fahrplan (3-5 Jahre): Die Industrie sollte die erste vollständig automatisierte Verarbeitungslinie auf der Grundlage des digitalen 3D-Drucks von Elektronik fertigstellen. Ein gewisses Maß an KI/ML wird auch für die Qualitätsprüfung und vielleicht sogar für die automatische Korrektur integriert werden. Darüber hinaus wird eine breite Palette von Funktionalitäten, insbesondere Leistungselektroden, integriert werden, vielleicht unter Verwendung von Keramikstrukturen, und die gedruckte Fläche/das gedruckte Volumen wird sich ebenfalls erweitern, um große 3D-Objekte zu bilden.
Langfristiger Fahrplan (5-10 Jahre): Völlig neue Produktarchitekturen werden möglich, und die Industrie kann beginnen, sich von den traditionellen, auf Ätzung basierenden Leiterplattenproduktionstechniken zu lösen. Außerdem werden automatisiertes Recycling, Reparatur und Wiederverwendung möglich sein.
Wie druckt man Merkmale unter 30um im Siebdruck?
Der Siebdruck entwickelt sich ständig weiter und dringt nun in den Bereich des ultrafeinen Liniendrucks vor. Diese Diashow und dieses kurze Video zeigen, was erforderlich ist, um in der Produktion Merkmale unter 30 µm zu erreichen:
Teamarbeit: Siebdruck ist eine Teamarbeit, die eine enge Zusammenarbeit zwischen Pastenhersteller, Gewebe- und Emulsionshersteller, Drucker usw. erfordert.
Schwarzes Edelstahlgewebe: Herkömmliche Edelstahlgewebe sind reflektierend (10-15 %). Um schmale und scharfe Öffnungen in der hochauflösenden lichtempfindlichen Emulsion zu erzielen, müssen die zufälligen Reflexionen des Edelstahlgewebes - insbesondere bei den Wellenlängen 365nm und 405nm - minimiert werden. Aus diesem Grund ist eine schwarze Version erforderlich
Enge Maschen: Asada Mesh ist der Meister in der Herstellung der modernsten Edelstahlgewebe. Um einen Durchmesser von weniger als 30 um zu erreichen, ist ein Gewebe mit einem Durchmesser von 11-13 um und einer Öffnung von 55%-60% erforderlich. Asada Mesh ist bereits dabei, die Leistungsgrenze zu überschreiten und bietet sogar 9um-Gewebe an. Dies ist ein unglaublicher Fortschritt, wenn man bedenkt, dass es etwa 3 Jahre intensiver Entwicklungsarbeit bedarf, um 1 um vom Durchmesser des Gewebes abzuziehen.
Substratauswahl: Je nach Paste ist die Substratauswahl der Schlüssel zum Ausgleich von Oberflächenspannung/Energie. Die nachstehenden Beispiele, die von FERNANDO ZICARELLI vorgestellt wurden, zeigen den großen Einfluss der Substrateigenschaften auf selbst 50-um-Drucklinien.
Sie können das vollständige Video von Fernando hier ansehen.
Leistungsstarke TFT-Backplanes, die bei 80 °C gedruckt und mit vorhandenen LCD-Anlagen strukturiert werden?
Es ist unglaublich, welche Fortschritte die organischen Halbleiter (OSC) in den letzten 15-20 Jahren gemacht haben. SmartKem, Inc. ist dabei, die lange bestehenden Hindernisse für die Einführung der OTFT-Technologie zu beseitigen. Dies sind hart erkämpfte, entscheidende und unerlässliche Entwicklungsschritte, um den kommerziellen Erfolg zu sichern, denn technischer Fortschritt allein in Bezug auf Mobilität oder Stabilität wird niemals ausreichen.
EDA-Werkzeuge: Sie haben EDA-Tools entwickelt, die den Entwurf und die Simulation von Schaltungen mit ihren OTFT-Schaltungen ermöglichen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für die Einführung, die bisher fehlte.
Vollständiges Portfolio an TFT-Materialien: Ein TFT besteht nicht nur aus der Halbleiterschicht. Alle Materialien in einem TFT-Stapel müssen optimal zusammenarbeiten. Rund 50 Millionen Euro und zehn Jahre wurden aufgewendet, um ein vollständiges Portfolio von Materialien zu entwickeln, die für die Herstellung eines OTFT erforderlich sind, zusammen mit den Verarbeitungsparametern, einschließlich Passivierungsschichten, sputterresistenter Schichten, Basisschicht, Gate-Isolator usw. Dies ist von enormer Bedeutung, da alle Materialien zusammenarbeiten und die Kompatibilität mit den bestehenden Produktionsprozessen gewährleisten müssen.
Kompatibilität mit bestehenden Prozessen: Man kann von den Displayherstellern nicht erwarten, dass sie das Rad neu erfinden und nicht nur ein neues Material, sondern auch einen neuen Prozess einführen. Daher ist die Kompatibilität mit bestehenden Prozessen ein absolutes Muss. Smartkem hat dafür gesorgt, dass OTFT-Backplanes mit seinem Materialsatz auf der Grundlage bestehender LCD-Anlagen hergestellt werden können.
Kommerzielle Partnerschaften für verschiedene Display-Technologien: Smartkem hat Partnerschaften für AMOLED, QD-LCD-Displays und Mini-LEDs mit RiT Display, Nanosys und einem ungenannten taiwanesischen Unternehmen angekündigt. Auf diese Weise deckt das Unternehmen mehrere Technologiebereiche ab und jagt nicht nur einem einzigen Zielmarkt hinterher. In der Vergangenheit hat sich dieser Fehler als kostspielig erwiesen, da die meisten OTFT-Entwickler in der Vergangenheit nur auf die niedrig hängenden Früchte von E-Papers gesetzt haben!
Es ist für uns eine Freude, die Fortschritte der OTFT-Technologie zu sehen. Die Hürden für die Einführung werden immer weiter abgebaut. Letztendlich bietet diese Technologie die niedrigsten Verarbeitungskosten für ausreichend gute Displays, eine Voraussetzung für die allgegenwärtige Einführung des entstehenden Metaverse!
Sehen Sie sich die vollständige 5-minütige Präsentation von Ian Jenks an, indem Sie hier klicken
Eine vollständige muskuloskelettale Kinematikplattform unter Verwendung ultradehnbarer Flüssigmetalle?
Gallium-Indium-Zinn ist ein interessantes Material für dehnbare Elektronik. Es kann zu einem ungiftigen, RoHS-konformen Gel geformt und auf fast jedes Substrat aufgetragen werden, um dehnbare leitfähige Metallisierungen und Schaltungen zu bilden.
Es behält seine begrenzte Liquidität, was bedeutet, dass es der Form des Substrats folgen kann, wenn sich das Substrat dehnt, vorausgesetzt, die Grenzen seiner Hysterese werden nicht erreicht.
In dieser Präsentation teilt Jorge Carbo - Innovator bei Liquid Wire Inc. - Daten mit, die zeigen, dass sie sich 1 Mio. Zyklen von 100 % Dehnung ohne jegliche Veränderung des Widerstands genähert haben - das ist ein Benchmark, den es zu schlagen gilt! Die meisten dehnbaren Tinten können diese Leistung nur schwer erreichen (obwohl sie wahrscheinlich eine höhere Leitfähigkeit bieten).
Darüber hinaus entwickeln sie eine vollständige Plattform auf der Grundlage ihres Materials. Wie zu sehen ist, integriert diese Plattform ihre dehnbaren Verbindungen zusammen mit Mikroprozessoren, Dehnungsmessstreifen-Sensoren und anderen starren ICs, was zeigt, dass sie voll funktionsfähige, verformbare, auf Silikon basierende neuartige Sensorsysteme mit eingebetteter Elektronik bilden können.
Die Folien und das Video unten skizzieren auch mehrere Beispiele dieser Technologie und zeigen, wie diese "zweite Haut" die Grundlage einer Plattformtechnologie bildet, die bei der Messung sportlicher Leistungen, bei VR/AR-Spielen, klinischen Studien usw. eingesetzt werden kann.
[This is automatically translated from English]