Serigrafía de líneas ultrafinas: aplicación emergente y tecnologías competidoras
TechBlick preparó esta presentación para el taller de serigrafía avanzada organizado por Asada Mesh (junio 2022, Chicago). Puede ver y leer la presentación completa aquí. También puede ver las diapositivas. El tema es
Aplicaciones existentes y emergentes para anchos de línea de serigrafía cada vez más finos (por debajo de 15 micras): Metalización fotovoltaica | Electrodos de borde envolventes MicroLED | Estructura Fan-out para electrónica híbrida flexible | HMIs transparentes | Pantallas táctiles transparentes | Electrodos de borde | MLCC | LTCC
Tecnologías de impresión híbrida y directa (no digital) hacia anchos de línea submicrónicos: Serigrafía híbrida (impresión + grabado/ablación) | Impresión flexográfica R2R | Impresión offset en huecograbado R2R | Impresión offset S2S | Impresión offset inversa S2S | Impresión offset inversa R2R | Impresión + relleno R2R | Fotolitografía R2R
Puede descargar las diapositivas al final de este blog. Simplemente desplácese hacia abajo
mmWave 5G RFFE basado en LTCC y metalización de Ag impresa
El LTCC con metalización de Ag impresa es una excelente opción para la integración heterogénea de la electrónica, especialmente para la alta frecuencia (mmWave y 5G) y las duras condiciones ambientales. De hecho, demuestra que nuestra electrónica impresa puede desempeñar un papel en la infraestructura de comunicaciones 5G/6G. En este estudio, DuPont demuestra un Antenna-in-Package (AiP) que integra un conjunto de antenas orientables en un módulo Front-End de radiofrecuencia (RFFE) que funciona a 28 GHz y que incorpora un CI Anokiwave con un conjunto de antenas de parche de 2 x 4.
El dieléctrico cerámico (denominado GreenTape) muestra unas excelentes propiedades dieléctricas hasta los 100 GHz, manteniendo un Dk de 7,1 y un Df de <0,0010. También muestra propiedades estables en todo el rango de temperaturas extremas (-50°C a 150°C).
En este estudio, se utilizó metalización de Ag sinterizada serigrafiada para los planos de tierra, los rellenos de las vías, las líneas de señal y las almohadillas soldables. Los datos de este estudio demuestran la viabilidad del LTCC para aplicaciones mmWave y 5G. Se trata de una solución interesante con baja actualización de humedad, buena estabilidad de temperatura, etc.
A medida que aumente la densidad de las piezas en los sistemas heterogéneos basados en LTCC, la serigrafía también tendrá que ir a líneas más finas para soportar esta densificación, pero esa es una historia para otro día
Impresión digital de pastas serigráficas para la creación rápida de prototipos
La serigrafía requiere un utillaje que limita la creación de prototipos y la iteración rápida del producto. La impresión digital utiliza nano tintas que tienen un menú más limitado de opciones de materiales y son más caras, y en cualquier caso no son siempre el material final seleccionado en la producción de volumen final. Esto deja un vacío en el mercado de la impresión digital de materiales y pastas serigrafiadas disponibles.
Voltera está desarrollando una máquina de sobremesa para la creación de prototipos destinada a resolver este problema. Este producto se presentará en la feria TechBlick de Eindhoven (12-13 OCT 2022). Permite a los usuarios crear rápidamente digitalmente imprimir utilizando una pantalla diferente pastas. Los procesos de impresión digital se autocalibran en gran medida, lo que permite experimentar con diferentes materiales y formulaciones sin necesidad de pasar por toda la curva de aprendizaje/proceso de optimización de la impresión cada vez. El tamaño de la mesa de trabajo también permite mantenerla en el laboratorio, lo que posibilita la creación rápida de prototipos. El cabezal de impresión digital de hilo directo permite imprimir sobre diferentes materiales de sustrato, así como sobre formas planas y 2,5D/3D.
Aplicaciones demostradas aquí: (1) sensor de presión para plantillas blandas en TPU | (2) calentador portátil integrado en la ropa (denim) | (3) calentador para tazas formado térmicamente.
Procesamiento digital por láser de la electrónica 3D
La combinación de la impresión digital (chorro de tinta, aerosol, etc.) con el sinterizado rápido digital basado en láser en el sitio tiene muchas ventajas. En la charla que se ofrece a continuación, podrá ver varios ejemplos de Fraunhofer ILT en Aquisgrán (Alemania).
Actuadores piezoeléctricos multicapa: La estructura es multicapa [(PZT (140nm)-->LNO (30nm)--> PZT (140nm)-->LNO (30nm)--> PZT (140nm)-->LNO (30nm)]. Por lo tanto, es esencial tener una sinterización rápida, de lo contrario el tiempo de TACT será demasiado largo. Aquí, Fraunhofer ILT sugiere que el sinterizado láser (capa de inyección de tinta 1 --> sinterizado láser --> repetición) puede ser una solución excelente.
Sensores de deformación sobre y dentro de un componente biónico impreso en 3D: aquí, la capa aislante se dispensa primero. A continuación, los materiales del sensor de deformación se imprimen digitalmente (con chorro de tinta) en la superficie de la pieza 3D y luego se sinterizan digitalmente con láser. La posibilidad de imprimir y sinterizar digitalmente significa que sólo se metalizarán y someterán a tratamiento térmico las piezas necesarias.
De este modo, se ahorra tiempo, se imprime en formas no planas y se mantiene la integridad de las piezas mecánicas impresas en 3D. En otra variación del mismo dispositivo, pueden detener el proceso de impresión 3D para imprimir digitalmente (esta vez en aerosol) y sinterizar digitalmente con láser los componentes electrónicos antes de reanudar el proceso de impresión 3D. De este modo, la funcionalidad electrónica quedará incrustada en la propia estructura.
Impresión por tampón en superficies 3D: antena 5G para teléfonos inteligentes
La metalización de estructuras 3D tiene muchas aplicaciones. La tecnología habitual se acerca a la LDS (estructuración directa por láser) o a la impresión digital por aerosol. El primero es un proceso de varias etapas con una maquinaria relativamente grande, pero ofrece una alta adhesión y conductividad a gran escala con facilidad de soldadura. El segundo es un proceso digital de dos pasos con una máquina pequeña y compacta. Sin embargo, ofrece una conductividad a nivel de tinta, que puede ser baja, especialmente en sustratos de baja temperatura.
Henkel ha demostrado recientemente la impresión por tampón -una técnica antigua- para la electrónica 3D. Esta tecnología permite imprimir tintas en estructuras de plástico de 2,5 y 3D, ofreciendo así una alternativa al LDS y al aerosol. Es un proceso más sencillo que los otros dos. El proceso no crea una estructura fina, pero puede imprimir líneas más gruesas (por tanto, más conductoras) utilizando pastas de alta viscosidad. También es un proceso robusto y de relativamente baja tecnología comparado con el LDS y el aerosol.
Como se muestra en este proceso, una almohadilla de silicona conformada recoge primero la tinta de una placa metálica. La formulación de la tinta debe garantizar una buena adhesión a la almohadilla de silicona. A continuación, la almohadilla estampa la superficie 3D. Como la almohadilla es conforme, sigue la forma del sustrato objetivo, logrando un recubrimiento no plano o 3D.
Los ejemplos de aplicación aquí mostrados se han desarrollado con los socios chinos de Henkel:
antena 5G impresa en el marco exterior de policarbonato de un teléfono móvil, logrando 10mOhm/sqr/mill
conductor impreso en el lado interior del plástico para conectar con la placa base
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