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전기 전도성 잉크가 탄생하면 일반 잉크젯 프린터도 몇 분 안에 플렉시블 회로기판 생산을 완료할 수 있어 플렉시블 웨어러블 기기의 개발 속도와 비용이 두 배로 늘었다.
거의 모든 가정에 태블릿이 있는 이 시대에 잉크젯 프린터를 한 대 사면 무슨 소용이 있습니까?작업 파일을 인쇄하고 아이들이 자료를 준비할 수 있도록 도와주며 가끔 두 장의 사진을 찍으면 결국 잿더미가 될 수도 있다.또는 몇몇 대학 연구자들의 생각에 따르면 개성화 생산의 중요한 구성 부분이 될 수도 있다.
조지아공대, 도쿄대, 마이크로소프트(37.4, 0.32, 0.86%) 연구소의 많은 연구진은 최근 가정용 잉크젯 프린터를 통해 회로기판을 직접 생산할 수 있는 전자기기를 빠르게 개발하는 기술을 발견했다.
저렴한 3D 프린터와 레이저 절단 기술로 만든 케이스로, 이 기술은 하드웨어 창업의 연구 개발 문턱을 더욱 낮추고, 창업자들이 아이디어를 빠르게 구현하고, 디자인을 개선하며, 궁극적으로 혁신적인 스마트 장난감이나 웨어러블 기기를 가져올 수 있도록 도울 것으로 기대된다.
컴퓨터나 휴대전화를 뜯으면 PCB 회로판이 하나 이상 보인다.PCB 보드는 일반적으로 녹색이지만 일반적으로 빨간색, 파란색, 검정색 또는 디자이너가 원하는 다른 색상으로 가공됩니다.프로세서의 전원이나 구성 요소 간의 신호 전송은 이러한 보드에 인쇄된 금속선을 통해 이루어집니다.그들은 일반적으로 대형 작업장에서 전문 장비에 의해 대규모로 생산됩니다.
대규모 생산을 시작하기 전에 개발자는 설계를 테스트하기 위해 몇 개의 회로 기판을 만든 다음 테스트 결과에 따라 설계를 수정해야합니다.이 과정은 교정 또는 원형 제작이라고 불린다.
대학 실험 과정과 제품 개발의 초기 단계에서는 칠판 교정을 자주 사용한다.사용자는 와이어, 센서, 저항기 등의 구성 요소를 집약적인 인터페이스가 있는 화이트보드에 삽입하여 최종 전자 제품의 성능을 시뮬레이션합니다.시험판에서 설계를 변경하는 것은 매우 편리하지만, 크기가 크고 신뢰성과 성능이 최종 제품과 일치하지 않는다.조만간 개발자들은 여전히 PCB 인쇄회로기판에서 검증을 진행해야 한다.
기업가와 연구자들이 회로 기판을 빠르게 생산할 수 있도록 돕기 위해 일부 회사는 생산이 완료되면 사용자에게 온라인 설계 제출 및 택배 서비스를 제공합니다.그러나 이러한 생산 모델은 PCB 회로 기판을 가져오는 데 적어도 하루가 걸리며, 이는 제품 개발 속도를 크게 늦추고 설계를 두 번 변경하는 데 일주일이 걸린다.
3D 프린터와 레이저 절단기의 비용이 절감됨에 따라 하드웨어 기업가들은 하루 동안 다양한 주택 설계를 시도할 수 있게 되었다.PCB 회로 기판의 가공 주기가 긴 것은 이미 창업 하드웨어 제품 설계 초기의 단점이 되었다.
Gregory Abowd 조지아공대 대화형 컴퓨터대 교수는 "PCB 보드를 빠르게 검증하고 맞춤형으로 제작할 방법을 찾아야 한다고 생각한다"며 이 기술이 더 빠르고 저렴해야 한다고 주장했다.연습하고 싶은 사람은 감당할 수 있다."
재료 과학의 최신 돌파구는 Abode의 아이디어를 가능하게합니다.미쓰비시 연구진 오선방수는 고온처리가 필요 없고 건조 후 화학반응을 거쳐 전도성이 생기는 전도성 잉크를 발명했다.그것은 지름이 0.1마이크로미터 미만인 은 나노 입자를 폴리머 라텍스가 함유된 특수 용매에 용해하며, 잉크는 건조 후 몇 초 안에 전기가 전도된다.
미쓰비시는 전도성 잉크가 프린터의 노즐에서 순조롭게 분출될 수 있도록 잉크 점도, 표면 장력, 휘발성, 입도를 최적화했다.양산판의 가격은 100㎖당 2만엔이다. 인쇄회로기판으로 사용할 때 1㎜ 너비의 회로는 평균 m당 5센트로 비용이 많이 들지 않는다.
연구진은 각종 가정용 잉크젯 프린터에서 이 전도성 잉크를 테스트해 잉크 출력량이 많은 잉크젯 프린터를 가장 싼 것은 100달러 미만으로 정상적으로 사용할 수 있다는 것을 발견했다.연구원들은 침관으로 전도성 잉크를 깨끗한 빈 카트리지에 주입했다.부유물이 잉크에 섞여 전도성에 영향을 주지 않도록 주사 과정에서 일회용 여과관이 필요하다.
전도성 잉크는 용지에 저항이 낮고 전도성을 보장하기 위해 인쇄 잉크의 확산을 방지해야합니다.표면 처리가 필요하다.실험에서 광택이 나는 사진 인쇄지와 투명한 PET 플라스틱 필름이 회로 인쇄의 수요를 충족시킬 수 있다는 것을 발견했다.이 소재들은 부드럽고 구부릴 수 있어 유연한 웨어러블 전자기기 개발에 적합하다.이는 일반 PCB 보드 맞춤형 서비스로는 제공되지 않습니다.
회로 인쇄 자체에는 특별한 소프트웨어가 필요하지 않습니다.개발자는 설계된 회로도를 도트 패턴으로 변환해서만 사용할 수 있습니다.그러나 인쇄 회로는 전도성을 보장하기 위해 너무 얇고 얇아서는 안됩니다.따라서 인쇄할 때 사진 모드를 선택해야 합니다.이때 프린터는 청색, 적색, 황색 세 영역의 도체 잉크를 혼합하여 검은색을 형성하고 잉크 출력량이 검은색 카트리지만 사용하는 텍스트 모드보다 높습니다.
연구진은 잉크젯 인쇄회로기판의 저항이 시간이 지남에 따라 변하며 7개월 후에는 15% 증가하는 것을 발견했다.이것은 은 나노 입자가 산화한 결과로 회로 기판의 장기적인 사용에 영향을 줄 수 있다.해결 방법도 간단하다. 직접 가정용 광전층 프레스로 회로판에 막을 한 층 누르면 산화를 효과적으로 방지할 수 있다.
회로 기판은 기초일 뿐이다.인쇄 후 다음 단계는 프로세서, 저항기 및 센서와 같은 구성 요소를 설치하는 것입니다.기존 PCB 보드의 부품은 용접을 통해 고정되어 있어 매우 견고하다.그러나 용접에는 최소 180 ° C의 고온이 필요하며 이는 보드 하단의 종이를 손상시키고 고화 된 회로에 영향을 미칩니다.
연구진이 발견한 해결책은 가장 강력한 설치 방법인 전도성 실버 접착제로 부품에 붙이는 것이다.65 ° C의 오븐에서 전도성 실버 접착제는 10 분 이내에 구성 요소를 고정 할 수 있습니다.또한 3M사가 생산한 전도성 양면 접착제도 고정 부품에 사용할 수 있다.
개발자는 PCB 회로 기판 자체뿐만 아니라 간단한 안테나 심지어 터치 센서까지 직접 잉크젯으로 인쇄할 수 있다.예를 들어, 어린이 장난감에 터치 버튼을 추가하고 터치를 느낀 후 음악을 재생합니다.이 안테나와 센서를 인쇄하는 비용은 보통 몇 십 센트에 불과하다.
전자회로기판의 생산은 거대한 시장으로서 지난해 생산액은 94억딸라였다.슈락랩 (PARC) 도 비슷한 시도를 했다.올해는 플라스틱 조각에 직접 회로를 인쇄 할 수있는 은탄이라는 전기 전도성 잉크를 출시했습니다.플라스틱 회로 기판을 인쇄하려면 부품을 설치하기 전에 150 ° C의 고온에서 몇 시간 동안 가열해야 합니다.또한 슈라우드의 신소재는 후지쯔와 같은 회사의 산업용 프린터를 사용해야 하며, 비용은 보통 5만 달러가 넘는다.
조지아 공과대학의 솔루션은 슈라우드의 전용 잉크젯 프린팅 장비에 비해 300달러에 불과하고 인쇄 속도도 빠르다.
1988년, 슈락실험실의 수석과학자 Mark Weiser는 보편적컴퓨팅의 개념을 제기하였다. 즉 대량의 웨어러블설비, 평판설비와 대형스크린인터렉션설비의 탄생은 컴퓨터를 사용자주위의 모든 것에 가져다줄것이다.위택의 예언은 점차 현실이 되었다.
이 프로젝트에 참여한 가와하라 하야오 도쿄대 조교수는 그의 연구가 컴퓨팅 보급을 향한 중요한 발걸음이라고 진단했다.올해 보편적계산대회에서 가와하라 하쓰시는 즉시잉크젯인쇄회로기술의 세부사항과 전망을 상세하게 소개하는 론문을 발표했다.그는 논문에서 "연구에 사용된 모든 재료를 시장에서 직접 살 수 있다. 집에서 직접 실험할 수 있다"며 "이 방법은 PCB 회로기판, 센서, 안테나를 매우 저렴한 비용으로 출력할 수 있다. 많은 새로운 기회를 가져왔다"고 썼다.
