Новости PCB - исследователь изобрел принтер с распечатанной схемой

После появления проводящих чернил обычные струйные принтеры также могут производить гибкие платы за несколько минут, что удваивает скорость и стоимость разработки гибких носимых устройств. электрическая цепь

В эту эпоху, когда почти в каждом доме есть планшет, зачем покупать струйный принтер? Печатать рабочие документы, чтобы помочь детям подготовить материал, иногда делать две фотографии, которые могут в конечном итоге исчезнуть. Или, по мнению нескольких университетских исследователей, он также может стать важной частью персонализированного производства.

Многие исследователи из Технологического института Джорджии, Токийского университета и института Microsoft (37,4, 0,32, 0,86%) недавно обнаружили технологию быстрого развития электронных устройств, которые могут производить платы непосредственно с помощью бытовых струйных принтеров.

С корпусами, изготовленными из недорогих 3D - принтеров и лазерных режущих технологий, ожидается, что эта технология еще больше снизит порог исследований и разработок для аппаратных стартапов, поможет предпринимателям быстро внедрять идеи, улучшать дизайн и в конечном итоге принести инновационные умные игрушки или носимые устройства.

Когда вы включаете компьютер или телефон, вы видите одну или несколько плат PCB. Платы PCB обычно зеленые, но они обычно обрабатываются в красный, синий, черный или любой другой цвет, который дизайнер хочет. Независимо от источника питания процессора или передачи сигнала между компонентами, это делается путем печати металлических проводов на этих панелях. Они обычно производятся в крупных цехах профессиональным оборудованием.

Прежде чем начать массовое производство, разработчикам нужно сделать несколько монтажных плат для тестирования дизайна, а затем изменить дизайн в соответствии с результатами испытаний. Этот процесс называется коррекцией или прототипированием.

На начальных этапах университетских экспериментальных курсов и разработки продуктов часто используется корректура доски. Пользователи вставляют провода, датчики, резисторы и другие компоненты на доску с плотным интерфейсом, чтобы имитировать производительность конечной электроники. Очень удобно менять дизайн на хлебной плите, но ее размеры огромны, надежность и производительность не соответствуют готовой продукции. Рано или поздно разработчикам все равно придется проверять печатные платы PCB.

Чтобы помочь предпринимателям и исследователям быстро производить платы, некоторые компании предлагают пользователям онлайн - дизайн и экспресс - доставку после завершения производства. Тем не менее, такой производственный режим занимает не менее одного дня, чтобы получить платы PCB, что значительно замедляет разработку продукта и занимает неделю, чтобы изменить дизайн дважды.

С падением стоимости 3D - принтеров и лазерных режущих машин, производители оборудования смогли попробовать множество различных дизайнов жилья за один день. Длительный цикл обработки плат PCB стал недостатком в начале разработки аппаратных продуктов для стартапов.

Грегори Абоуд (Gregory Abowd), профессор Школы интерактивных компьютеров Технологического института Джорджии, сказал: « Мы считаем, что мы должны предложить способ быстрой проверки и настройки PCB». Те, кто хочет тренироваться, могут себе это позволить. "

Последние достижения в области материаловедения сделали возможной идею Абода. Исследователь Mitsubishi Ву Сюаньфаншу изобрел проводящие чернила, которые не требуют высокотемпературной обработки и после сушки химически реагируют на электропроводность. Он растворяет наночастицы серебра диаметром менее 0,1 микрона в специальных растворителях, содержащих полимерный латекс, чернила становятся проводящими в течение нескольких секунд после высыхания.

Чтобы обеспечить плавный выброс проводящих чернил из сопла принтера, Mitsubishi оптимизировала вязкость, поверхностное натяжение, летучесть и зернистость чернил. Цена серийной версии составляет 20 000 иен за 100 мл. При использовании в качестве печатной платы схема шириной 1 мм стоит в среднем 5 центов за метр и не является дорогостоящей.

Исследователи протестировали проводящие чернила на различных бытовых струйных принтерах и обнаружили, что струйные принтеры с большим объемом чернил могут работать нормально, а самые дешевые - менее чем за 100 долларов. Исследователи использовали иглу, чтобы ввести проводящие чернила в чистый пустой картридж. Чтобы предотвратить попадание плавучего вещества в чернила, влияющее на электропроводность, во время инъекции требуется одноразовая фильтрующая трубка.

Проводящие чернила требуют, чтобы бумага имела низкое сопротивление, а также предотвращала диффузию чернил для обеспечения электропроводности. Обработка поверхности необходима. Эксперименты показали, что блестящая бумага для печати фотографий и прозрачная пленка из ПЭТ могут удовлетворить потребности в печати схемы. Эти материалы мягкие и изгибаемые и подходят для разработки гибкой носимой электроники. Это не может быть предоставлено обычными службами настройки PCB - панелей.

Сама по себе печать не требует специального программного обеспечения. Разработчики могут использовать его только путем преобразования разработанной схемы в решетку. Но печатная схема не должна быть слишком тонкой, чтобы обеспечить электропроводность. Поэтому при печати необходимо выбрать фоторежим. На этом этапе принтер смешивает проводниковые чернила в трех областях синего, красного и желтого цветов, чтобы сформировать черный цвет, при этом объем чернил превышает текстовый режим, в котором используются только черные картриджи.

Исследователи обнаружили, что сопротивление струйных печатных плат изменяется со временем и увеличивается на 15% через семь месяцев. Это результат окисления наночастиц серебра, которое влияет на долгосрочное использование платы. Решение также очень простое, прямое давление слоя пленки на платы с помощью бытового фотоэлектрического ламинара может эффективно предотвратить окисление.

Плата - это только фундамент. Следующим шагом после печати является установка таких компонентов, как процессор, резистор и датчик. Компоненты традиционной пластины PCB закреплены сваркой и очень прочны. Но для сварки требуется высокая температура не менее 180 °C, которая повреждает бумагу на дне платы и влияет на отвержденные схемы.

Решение, найденное исследователями, заключается в том, чтобы вставлять компоненты с проводящим серебром, который является самым мощным методом установки. В духовке при 65°C проводящий клей может фиксировать компоненты в течение десяти минут. Кроме того, проводящий двухсторонний клей, произведенный компанией 3M, также может использоваться в фиксированных компонентах.

Помимо самой платы PCB, разработчики могут печатать простые антенны и даже сенсоры непосредственно струей. Например, добавить сенсорную кнопку на детскую игрушку и воспроизвести музыку после того, как почувствуете прикосновение. Стоимость печати таких антенн и датчиков обычно составляет всего несколько десятков центов.

Производство электронных плат является огромным рынком, объем производства которого в прошлом году составил 9,4 млрд. долл. США. Аналогичная попытка была предпринята Xerox Labs (PARC). В этом году компания представила проводящие чернила под названием « Серебряные бомбы», которые могут печатать схемы непосредственно на пластиковых пластинах. Печатные пластиковые платы должны нагреваться в течение нескольких часов при температуре 150°C, прежде чем можно будет установить компоненты. Кроме того, новые материалы Xerox требуют промышленных принтеров таких компаний, как Fujitsu, стоимость которых обычно превышает 50 000 долларов США.

По сравнению со специальным устройством для струйной печати Xerox, решение Технологического института Джорджии стоит всего 300 долларов и печатается быстрее.

В 1988 году Марк Вайзер (Mark Weiser), ведущий научный сотрудник Xerox Labs, выдвинул концепцию универсальных вычислений - рождение большого количества носимых устройств, планшетов и интерактивных устройств с большим экраном приведет компьютеры ко всему, что окружает пользователей. Пророчество Вейцера постепенно становится реальностью.

Ассоциированный профессор Токийского университета Хироси Кавахара, который участвовал в проекте, считает, что его исследование является важным шагом на пути к популяризации вычислений. На конференции по универсализации вычислений в этом году Кавахара Хаоши опубликовал документ, в котором подробно описаны детали и перспективы технологии мгновенной струйной печати. В своей статье он писал: « Все материалы, используемые в исследовании, можно купить непосредственно на рынке. Вы можете экспериментировать прямо дома. Этот метод может печатать платы PCB, датчики и антенны по очень низкой цене. Это открывает много новых возможностей". электрическая цепь