Электронные схемы на принтере

functional-printing

Современные принтеры становятся всё более универсальными. При этом и цифровые печатные технологии не стоят на месте, они развиваются, внедряясь в новые области применения.  Например, цифровая печать нашла свое применение и в такой казалось бы далекой от печати области как микроэлектроника — специальные принтеры уже научились «печатать» электронные схемы на 2D- и 3D-основаниях.

Ученые Бременского института промышленной технологии и современных материалов (Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials, IFAM) используют для изготовления электронных компонентов различные методы печати. Крошечные микроскопические резисторы, транзисторы, трассы и ёмкости создаются прямо на экране компьютера с помощью специально разработанной программы, чтобы в дальнейшем воплотить эти схемы или элементы в готовые изделия, напечатанные на плоских или объемных основаниях, например, непосредственно на печатных платах. Вместо обычных чернил для бумаги применяются, так называемые, «функциональные чернила» – специальный электронный материал в жидкой форме или в виде пасты.

functional-printing-system

Диапазон потенциального использования печатной электроники широк – от электронных схем в цифровых термометрах до гибких элементов солнечных батарей и «умных» упаковочных машин со встроенными датчиками. Чтобы автоматизировать процесс применения печатной электроники специалисты института разработали производственную линию, которая позволяет комбинировать различные технологические методы печати в одном производственном цикле.

«Производственная линия с центральным роботизированным устройством, дозаторами компонентов, системами печати и печами для тепловой обработки имеет функциональные возможности почти промышленного масштаба» — отмечает профессор Фолкер Зёльмер (Dr. Volker Zollmer), руководитель одного из отделов института.
functional-printing

Возможность использования различных технологий позволяет печатать структуры и модели различной площади и размера, с разной шириной и толщиной основы. Аэрозольный метод печати, например, наносит супер-тонкие структуры с шириной всего в 10 микрон. Для этого «чернила» преобразуются в аэрозоль и через тонкие форсунки поступают в «печатающую» головку, направляющую и регулирующую подачу «чернил» на поверхность основы. Причём эта основа не обязательно должна быть горизонтальной или гладкой — при данном методе печати «элементы» могут наноситься даже на наклонную или неровную поверхность. Также этот метод печати позволяет регулировать толщину печатаемого элемента и создавать многослойные структуры.

«Можно не только напечатать схему прямо на плату, можно сразу нанести на нее и антикоррозийное покрытие» — утверждает господин Зёльмер.

Как работает такой принтер? После всех предварительных процедур программирования (определен метод печати, порядок выполнения работ, заданы нужные параметры печати) робот приступает к работе. Сначала в первый печатающий блок линии отправляется основа (например, пустая печатная плата), на которую требуется нанести элементы схемы. Если согласно заданию требуется создать трассу шириной в 200 микрон, плата отправляется в диспенсер – пьезоэлектрическую дозировочную систему. Здесь запускается процесс подготовки нужного объема «вязкого» материала – электропроводящего адгезива. Если же по заданию требуется напечатать какой-нибудь датчик – плата направляется к аэрозольному принтеру. В дальнейшем плата проходит через другие печатные блоки, в зависимости от того, что нужно иметь на выходе. Затем происходит заключительная тепловая обработкой в печи.

Выбор материалов для основы или функциональных чернил почти неограничен. Чернила, применяемые специалистами института, включают металлы, керамику, полимеры и даже биоматериалы, такие как протеины и ферменты. В зависимости от приложения эти среды наносятся на основы, сделанные из стекла, текстиля, металлов, керамики и других материалов.

«Новая производственная линия даёт возможность применения широкого диапазона разнообразных материалов и комбинирования их многими различными способами. Это открывает совершенно новые функциональные возможности обычных вещей, например, окна с «впечатанными» в стекло датчиками измерения температуры. Такие встроенные датчики подходят для мониторинга конструкций зданий, заранее предупреждая об образовании трещин и других структурных нарушениях. Полезны они и для автомобильной отрасли – мониторинг «усталости» материала в компонентах корпуса автомобиля» — добавляет д-р Зёльмер.

Автоматизированная производственная линия уменьшает время разработки и модификации компонентов. Раньше, чтобы обеспечить электронные компоненты сенсорными функциями, приходилось интегрировать в них датчики уже после того, как компоненты были произведены – что занимало значительное время. Теперь тот же результат легко получить за несколько секунд или минут — печатая компоненты уже со встроенными датчиками. Эти технологии находят применение во многих секторах промышленности, включая автомобильное производство и авиационно-космическую отрасль.

functional-printing
Используя нашу производственную линию, мы можем помочь промышленности интенсифицировать, упростить разработку и модификацию изделий, предлагая быстрые решения в виде печати прототипов изделий или их небольших серий» — утверждает д-р Зёльмер.

По материалам публикации на сайте www.ifam.fraunhofer.de и в журнале Printed Circuit Design and Fab (Май 2014)

Написать ответ

Your email address will not be published. Required fields are marked *