PCB-Neuigkeiten - Forscher erfinden druckbare Leiterplatte Tintenstrahldrucker

Nach der Geburt der leitfähigen Tinte, gewöhnliche Tintenstrahldrucker können auch die Produktion von flexible Leiterplatten innerhalb weniger Minuten, was die Entwicklungsgeschwindigkeit und Kosten von flexiblen Wearables verdoppelt.

In dieser Zeit, in der fast jede Familie einen Tablet-Computer hat, was nützt es, einen Tintenstrahldrucker zu kaufen? Das Drucken von Arbeitsdokumenten, die Vorbereitung von Materialien und gelegentlich das Tippen von zwei Fotos kann zu Staub führen. Oder, nach den Ideen mehrerer Universitätsforscher, kann es auch ein wichtiger Bestandteil der personalisierten Produktion werden.

Viele Forscher vom Georgia Institute of Technology, die University of Tokyo, and Microsoft (37.4, 0.32, 0.86%) Research Institute recently found a technology for rapid development of electronic equipment, die direkt Leiterplatten herstellen über Tintenstrahldrucker zu Hause.

Wenn Sie einen Computer oder ein Mobiltelefon zerlegen, du siehst eine oder mehrere Leiterplatten. Leiterplatten sind im Allgemeinen grün, aber sie werden oft zu Rot verarbeitet, blau, schwarz, oder jede andere Farbe, die der Designer wünscht. Unabhängig von der Stromversorgung des Prozessors, oder die Signalübertragung zwischen den Komponenten, Es wird durch die Metalldrähte vervollständigt, die auf diesen kleinen Brettern gedruckt sind. Sie werden oft in großen Werkstätten mit professioneller Ausrüstung in Massenproduktion hergestellt.

Bevor die Massenproduktion beginnt, müssen Entwickler mehrere Leiterplatten herstellen, um das Design zu testen, und dann das Design basierend auf den Testergebnissen ändern. Dieser Prozess wird Proofing oder Prototyping genannt.

Breadboard Proofing wird häufig in der Anfangsphase von universitären Experimentierkursen und Produktentwicklung verwendet. Der Benutzer fügt Komponenten wie Drähte ein, Sensoren, Widerstände, etc. auf einem Whiteboard mit dichten Schnittstellen zur Simulation der Leistung des elektronischen Endprodukts. Es ist sehr bequem, das Design auf dem Brotbrett zu ändern, aber seine Größe ist riesig, und die Zuverlässigkeit und Leistung sind nicht im Einklang mit dem Endprodukt. Früher oder später, Entwickler müssen noch beweisen, dass Leiterplatte mit Leiterplatte.

Um Unternehmern und Forschern zu helfen, Leiterplatten schnell herzustellen, bieten einige Unternehmen Online-Design-Einreichung und Expresslieferung an Benutzer nach Abschluss der Produktion. Es dauert jedoch mindestens einen Tag, bis ein solcher Produktionsmodus die Leiterplatte erhält, was die Produktentwicklungsgeschwindigkeit ernsthaft verlangsamt, und es dauert eine Woche, um das Design zweimal zu ändern.

Da die Kosten für 3D-Drucker und Laserschneidmaschinen sinken, konnten Hardware-Unternehmer viele verschiedene Gehäusedesigns an einem Tag ausprobieren. Der lange Verarbeitungszyklus von Leiterplatten ist zu einem Mangel am Anfang des unternehmerischen Hardware-Produktdesigns geworden.

"Wir denken, wir sollten einen Weg finden, schnell zu beweisen und Leiterplatten anpassen,"sagte Gregory Abowd, Professor an der School of Interactive Computers am Georgia Institute of Technology, Wer glaubt, dass diese Technologie schneller und billiger sein sollte. Menschen, die üben wollen, können es sich leisten."

Die neuesten Durchbrüche in der Materialwissenschaft machten die Idee von Abode möglich. Mitsubishi-Forscher Wu Xuanfangshu hat eine leitfähige Tinte erfunden, die keine Hochtemperaturbehandlung erfordert und eine chemische Reaktion durchläuft, um Leitfähigkeit nach dem Trocknen zu erzeugen. Es löst Silber-Nanopartikel mit einem Durchmesser von weniger als 0,1 Mikron in einem speziellen Lösungsmittel, das Polymerlatex enthält, auf und die Tinte wird innerhalb weniger Sekunden nach dem Trocknen leitfähig.

Um sicherzustellen, dass die leitfähige Tinte reibungslos aus der Düse des Druckers ausgestoßen werden kann, hat Mitsubishi die Tintenviskosität, Oberflächenspannung, Flüchtigkeit und Partikelgröße optimiert. Die Serienversion kostet 20.000 Yen pro 100 ml. Bei Verwendung als Leiterplatte beträgt eine 1mm breite Schaltung durchschnittlich 5 Cent pro Meter, und die Kosten sind nicht hoch.

Forscher haben diese leitfähige Tinte auf einer Vielzahl von Tintenstrahldruckern getestet und festgestellt, dass Tintenstrahldrucker mit größerer Tintenausgabe normal verwendet werden können, und der billigste ist weniger als $100. Der Forscher verwendete ein Nadelrohr, um leitfähige Tinte in eine saubere, leere Tintenpatrone zu injizieren. Um zu verhindern, dass sich schwimmende Gegenstände in die Tinte mischen, um die Leitfähigkeit zu beeinträchtigen, wird während des Injektionsprozesses ein Einwegfilterrohr benötigt.

Leitfähige Tinte erfordert einen niedrigen elektrischen Widerstand des Papiers, und gleichzeitig ist es notwendig, zu verhindern, dass sich die Tinte ausbreitet, um Leitfähigkeit zu gewährleisten. Eine Oberflächenbehandlung ist erforderlich. Experimente haben herausgefunden, dass glänzendes Fotodruckpapier und transparente PET-Kunststofffolie die Anforderungen des Schaltungsdrucks erfüllen können. Diese Materialien sind weich und biegbar, geeignet für die Entwicklung flexibler tragbarer elektronischer Geräte. Dies ist etwas, das allgemeine PCB-Anpassungsdienste nicht bieten können.

Der Schaltungsdruck selbst erfordert keine spezielle Software. Der Entwickler kann es nur verwenden, indem er den entworfenen Schaltplan in ein Punktmatrix-Bild umwandelt. Aber die gedruckte Schaltung sollte nicht zu dünn, zu dünn sein, um Leitfähigkeit zu gewährleisten. Daher muss beim Drucken der Fotomodus ausgewählt werden. Zu diesem Zeitpunkt mischt der Drucker die Leitertinte in den drei Bereichen Cyan, Rot und Gelb, um Schwarz zu bilden, und die Tintenausgabe ist höher als die des Textmodus mit nur der schwarzen Tintenpatrone.

Forscher fanden heraus, dass sich der Widerstand von Inkjet-Leiterplatten im Laufe der Zeit ändert und nach sieben Monaten um 15% zunimmt. Dies ist das Ergebnis der Oxidation von Silber-Nanopartikeln, die die langfristige Verwendung der Leiterplatte beeinflussen wird. Die Lösung ist auch sehr einfach, direkt mit einem Haushaltsfotolaminator eine Schicht Folie auf die Leiterplatte zu pressen kann Oxidation effektiv verhindern.

Die Leiterplatte ist nur die Basis. Der nächste Schritt nach dem Druck besteht darin, Komponenten wie Prozessoren, Widerstände und Sensoren zu installieren. Die Komponenten der traditionellen Leiterplatte werden alle durch Schweißen fixiert, das sehr fest ist. Aber das Löten erfordert eine hohe Temperatur von mindestens 180°C, die das Papier an der Unterseite der Leiterplatte beschädigt und die erstarrte Schaltung beeinträchtigt.

Die Lösung, die die Forscher gefunden haben, besteht darin, die Bauteile mit leitfähigem Silberkleber zu verkleben, der die stärkste Installationsmethode ist. In einem Ofen bei 65°C kann der leitfähige Silberkleber die Bauteile innerhalb von zehn Minuten fixieren. Darüber hinaus kann der leitfähige doppelseitige Kleber von 3M auch zur Befestigung von Bauteilen verwendet werden.

Neben der Leiterplatte selbst können Entwickler auch einfache Antennen und sogar Touch-Sensoren direkt im Tintenstrahldruck drucken. Fügen Sie beispielsweise Touch-Tasten zu Kinderspielzeug hinzu und spielen Sie Musik ab, nachdem Sie die Berührung gefühlt haben. Die Kosten für den Druck solcher Antennen und Sensoren betragen oft nur zehn Cent.

Die Herstellung von elektronischen Leiterplatten ist ein riesiger Markt, with an output value of US$9.Vier Milliarden letztes Jahr. Xerox Laboratories (PARC) has also made a similar attempt. Dieses Jahr brachte es eine leitfähige Tinte namens Silver Bullet auf den Markt, die Schaltungen direkt auf Kunststoffplatten drucken können. Die Leiterplatte aus Kunststoff muss mehrere Stunden bei einer hohen Temperatur von 150°C erhitzt werden, bevor Komponenten installiert werden können. Darüber hinaus, Xerox neue Materialien erfordern den Einsatz industrietauglicher Drucker von Unternehmen wie Fujitsu, and the cost is usually more than US$50,000.

Im Vergleich zu Xeroxs dedizierten Inkjet-Druckgeräten beträgt die Lösung des Georgia Institute of Technology nur 300€.

Mark Weiser, Chefwissenschaftler von Xerox Laboratories, stellte im 1988 das Konzept des durchdringenden Computing vor – die Geburt einer großen Anzahl von Wearables, Tablet-Geräten und interaktiven Großbildgeräten wird Computer in alles um die Benutzer bringen. Wei Ze's Vorhersage ist allmählich Realität geworden.

Assistenzprofessor Hiroshi Kawahara von der Universität Tokio, der an dem Projekt teilgenommen hat, ist der Ansicht, dass seine Forschung ein wichtiger Schritt in Richtung Pervasive Computing ist.. Auf der diesjährigen Ubiquitous Computing Konferenz, Hiroshi Kawahara veröffentlichte ein Papier, das die Details und Perspektiven der Instant-Inkjet-Druck-Schaltungstechnologie detailliert beschreibt.. Er schrieb in der Zeitung: "Alle Materialien, die in der Forschung verwendet werden, sind direkt auf dem Markt verfügbar. Sie können direkt zu Hause experimentieren. Diese Methode kann drucken Leiterplatten, Sensoren und Antennen zu sehr geringen Kosten., Bringt viele neue Möglichkeiten."