Berita PCB - Penyelidik mencipta pencetak inkjet papan sirkuit boleh dicetak

Selepas lahir tinta konduktif, pencetak jet tinta biasa juga boleh menyelesaikan produksi papan sirkuit fleksibel dalam beberapa minit, yang menggandakan kelajuan pembangunan dan kos peranti fleksibel yang boleh dipakai.

Pada zaman ini ketika hampir setiap keluarga mempunyai komputer tablet, apa gunanya membeli pencetak inkjet? Mencetak dokumen kerja, membantu kanak-kanak menyediakan bahan, dan kadang-kadang menaip dua foto, mungkin berakhir dalam debu. Atau, menurut idea beberapa peneliti universiti, ia juga boleh menjadi sebahagian penting dari produksi pribadi.

Banyak peneliti dari Georgia Institute of Technology, Universiti Tokyo, dan Microsoft (37.4, 0.32, 0.86%) Research Institute baru-baru ini menemukan teknologi untuk pembangunan cepat peralatan elektronik, yang boleh menghasilkan papan sirkuit secara langsung melalui pencetak inkjet rumah.

Apabila anda melepaskan komputer atau telefon bimbit, anda akan melihat satu atau lebih papan sirkuit PCB. Papan sirkuit PCB biasanya hijau, tetapi ia sering diproses menjadi merah, biru, hitam, atau apa-apa warna lain yang dicipta mahu. Walaupun bekalan kuasa prosesor, atau penghantaran isyarat antara komponen, ia selesai melalui wayar logam yang dicetak pada papan kecil ini. Mereka sering diproduksi massa oleh peralatan profesional di workshops besar.

Sebelum produksi massa bermula, pembangun perlu membuat beberapa papan sirkuit untuk menguji desain, dan kemudian mengubah desain berdasarkan hasil ujian. Proses ini dipanggil pengesahan atau prototip.

Pengujian papan breadboard sering digunakan dalam tahap awal percubaan universiti kursus dan pembangunan produk. Pengguna memasukkan komponen seperti wayar, sensor, resistor, dll. pada papan putih dengan antaramuka tebal untuk simulasi prestasi produk elektronik akhir. Ia sangat selesa untuk mengubah desain pada papan roti, tetapi saiz ia besar, dan kepercayaan dan prestasi tidak sesuai dengan produk selesai. Cepat atau lambat, pembangun masih perlu buktikan pada papan sirkuit cetak PCB.

Untuk membantu pengusaha dan peneliti dengan cepat menghasilkan papan sirkuit, beberapa syarikat menyediakan penghantaran desain online dan penghantaran ekspresi kepada pengguna selepas produksi selesai. Namun, ia mengambil sekurang-kurangnya satu hari untuk mod produksi seperti ini untuk mendapatkan papan sirkuit PCB, yang serius memperlambat kelajuan pembangunan produk, dan ia mengambil seminggu untuk mengubah rancangan dua kali.

Sebagaimana kos pencetak 3D dan mesin pemotong laser turun, pengusaha perkakasan telah mampu mencuba banyak reka rumah yang berbeza dalam sehari. Siklus pemprosesan panjang papan sirkuit PCB telah menjadi kekurangan pada permulaan desain produk perkakasan perniagaan.

"Kami fikir kita perlu membawa cara untuk membuktikan dengan cepat dan menyesuaikan papan PCB," kata Gregory Abowd, seorang profesor di Sekolah Komputer Interaktif di Institut Teknologi Georgia, yang percaya bahawa teknologi ini sepatutnya lebih cepat dan murah. Orang yang mahu berlatih boleh membelinya."

Kecapaian terbaru dalam sains bahan membuat idea Abode mungkin. Penyelidik Mitsubishi Wu Xuanfangshu telah mencipta tinta konduktif yang tidak memerlukan rawatan suhu tinggi dan mengalami reaksi kimia untuk menghasilkan konduktiviti selepas kering. Ia melenyapkan nanopartikel perak dengan diameter kurang dari 0.1 mikron dalam solvent istimewa yang mengandungi lateks polimer, dan tinta akan menjadi konduktif dalam beberapa saat selepas kering.

Untuk memastikan tinta konduktif boleh dilepas dengan lancar dari teka-teki pencetak, Mitsubishi telah optimumkan viskositi tinta, tekanan permukaan, volatiliti dan saiz partikel. Versi yang dihasilkan-mass a dihargai pada 20,000 yen per 100 ml. Apabila digunakan sebagai papan sirkuit cetak, sirkuit lebar 1 mm berrata-rata 5 sen per meter, dan biaya tidak tinggi.

Penyelidik telah menguji tinta konduktif ini pada pelbagai pencetak inkjet rumah dan mendapati bahawa pencetak inkjet dengan output tinta yang lebih besar boleh digunakan secara biasa, dan yang paling murah adalah kurang dari $100. Penyelidik menggunakan tabung jarum untuk menyuntik tinta konduktif ke dalam kartrij tinta kosong dan bersih. Untuk mencegah objek yang mengapung daripada mencampur ke dalam tinta untuk mempengaruhi konduktiviti, tub penapis yang boleh diusir diperlukan semasa proses suntikan.

Tinta konduktif memerlukan kertas untuk mempunyai perlawanan elektrik rendah, dan pada masa yang sama, perlu untuk mencegah tinta daripada menyebar untuk memastikan konduktiviti. Perubatan permukaan diperlukan. Eksperimen telah menemui bahawa kertas cetakan foto bersinar dan filem plastik PET transparen boleh memenuhi keperluan cetakan sirkuit. Bahan-bahan ini lembut dan boleh bengkel, sesuai untuk pembangunan peranti elektronik yang boleh dipakai fleksibel. Ini adalah sesuatu yang perkhidmatan penyesuaian papan PCB umum tidak boleh menyediakan.

Cetakan sirkuit sendiri tidak memerlukan perisian istimewa. Pembangun hanya boleh menggunakannya dengan menukar diagram sirkuit direka ke imej matriks titik. Tetapi sirkuit cetak tidak seharusnya terlalu tipis, terlalu tipis untuk memastikan konduktiviti. Oleh itu, mod foto mesti dipilih bila mencetak. Pada masa ini, pencetak akan mencampur tinta konduktor dalam tiga kawasan cyan, merah, dan kuning untuk membentuk hitam, dan output tinta lebih tinggi daripada yang bagi mod teks menggunakan hanya kartrij tinta hitam.

Penyelidik menemukan bahawa lawan papan sirkuit cetak inkjet akan berubah pada masa dan akan meningkat 15% selepas 7 bulan. Ini adalah hasil oksidasi nanopartikel perak, yang akan mempengaruhi penggunaan jangka panjang papan sirkuit. Solusi juga sangat mudah, secara langsung menggunakan laminator foto rumah tangga untuk menekan lapisan filem pada papan sirkuit boleh mencegah oksidasi secara efektif.

Papan sirkuit hanya asas. Langkah setelah cetakan adalah memasang komponen seperti pemproses, penahan, dan sensor. Komponen papan PCB tradisional semua ditetapkan dengan penywelding, yang sangat kuat. Tetapi soldering memerlukan suhu tinggi sekurang-kurangnya 180ºC, yang akan merusak kertas di bawah papan sirkuit dan mempengaruhi sirkuit yang terkuat.

Solusi yang ditemui oleh peneliti adalah untuk menempel komponen dengan lem perak konduktif, yang adalah kaedah pemasangan yang paling kuat. Dalam oven pada 65°C, lem perak konduktif boleh memperbaiki komponen dalam masa sepuluh minit. Selain itu, lipatan dua sisi konduktif yang dihasilkan oleh 3M juga boleh digunakan untuk memperbaiki komponen.

Selain papan sirkuit PCB sendiri, pembangun juga boleh secara langsung cetak antena sederhana tinta-jet dan bahkan sensor sentuh. Contohnya, tambah butang sentuhan ke mainan kanak-kanak, dan mainkan muzik selepas merasakan sentuhan. Biaya mencetak antena dan sensor seperti itu sering hanya sepuluh sen.

Produsi papan sirkuit elektronik adalah pasar yang besar, dengan nilai output $9.4 bilion tahun lepas. Xerox Laboratories (PARC) telah juga melakukan percubaan yang sama. Tahun ini ia melancarkan tinta konduktif yang dipanggil Silver Bullet, yang boleh mencetak sirkuit secara langsung pada lembaran plastik. Papan sirkuit plastik dicetak perlu dihangat pada suhu tinggi 150°C selama beberapa jam sebelum komponen boleh dipasang. Selain itu, bahan baru Xerox memerlukan penggunaan pencetak gred industri dari syarikat seperti Fujitsu, dan biaya biasanya lebih dari $50,000 US.

Berbanding dengan peralatan cetakan jet tinta dedikasi Xerox, penyelesaian Institut Teknologi Georgia hanya $300, dan kelajuan cetakan juga lebih cepat.

Pada tahun 1988, Mark Weiser, ketua saintis Laboratories Xerox, melanjutkan konsep komputer luas-lahir nombor besar peranti yang boleh dipakai, peranti tablet dan peranti interaktif skrin besar akan membawa komputer ke dalam segala-galanya di sekitar pengguna. Ramalan Wei Ze secara perlahan-lahan menjadi kenyataan.

Pembantu Profesor Hiroshi Kawahara dari Universiti Tokyo yang berpartisipasi dalam projek percaya bahawa kajiannya adalah langkah penting menuju komputer yang luas. Pada Pertemuan Komputer Ubiquitous tahun ini, Hiroshi Kawahara menerbitkan kertas yang menjelaskan perincian dan prospek teknologi sirkuit cetakan inkjet segera. Dia menulis dalam kertas: "Semua bahan yang digunakan dalam kajian tersedia secara langsung di pasar. Anda boleh eksperimen langsung di rumah. Kaedah ini boleh cetak papan sirkuit PCB, sensor dan antena dengan harga yang sangat rendah, membawa banyak peluang baru."