Durch die kontinuierliche Entwicklung von Materialien und Prozessen zum Drucken von elektronischen Komponenten ermöglicht das Team von Union-Klischee seinen Kunden den Aufbau einer transformativen Technologie.

DER VORTEIL DER GEDRUCKTEN ELEKTRONIK

Die Technologie der gedruckten Elektronik zielt darauf ab, elektronische Vorrichtungen mit Hilfe einer Reihe von Druckverfahren zu entwickeln, um Funktionsmaterialien in eine gemusterte Struktur auf verschiedenen Substraten abzuscheiden, ähnlich wie Zeitungen auf Papier gedruckt werden. Es bietet eine umweltfreundliche, agile und flexible Möglichkeit, Innovation und Fertigung kosteneffizient voranzutreiben.

Im Gegensatz zum konventionellen Zeitungsdruck sind Funktionsmaterialien mit gewünschten elektrischen Eigenschaften und fortschrittliche Druckverfahren mit verbesserter Auflösung und Genauigkeit entscheidend. Innerhalb des TE-Teams für gedruckte Elektronik mit Sitz in Freemont, Kalifornien, entwickeln unsere Wissenschaftler neuartige Materialformulierungen und Drucktechnologien für drei Anwendungsbereiche: Kontaktoberflächen für raue Umgebungsbedingungen, Antennen für drahtlose Verbindungen und Sensoren für intelligente Verbindungen.

DIE TINTENDRUCKTECHNOLOGIE

Der erste Schwerpunkt liegt auf der Verwendung der leitfähigen Tintendrucktechnologie zur Herstellung von Kontaktoberflächen für elektrische Steckverbinder in rauer Umgebung. Der Prozess kann erfolgreich auf die Rolle-zu-Rolle-Produktion hochskaliert werden, indem die leitfähige Farbe mit einem Tiefdrucker auf ein flexibles Einsatzmaterial aufgebracht, der flüchtige Inhalt der Farbe getrocknet und schließlich das Einsatzmaterial bis zur fertigen Anschlussform gestanzt/geformt wird.

Für Anwendungen mit niedrigen Signal- und Spannungswerten kann der Prozess erhebliche (bis zu 70%) Kosteneinsparungen bieten, indem er die Prozessgeschwindigkeit erhöht (z.B. bis zu 30 m/min), die Nasschemie/Abscheidung eliminiert und Gold durch billigere technisch machbare Kontaktoberflächenalternativen ersetzt, die nicht mit dem herkömmlichen Galvanikverfahren hergestellt werden können.

Für Antriebs- und Steckverbinderanwendungen ermöglicht das Verfahren eine höhere Produktionsgeschwindigkeit – was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt. Dieses nachhaltige, „trockene“ Verfahren kann auch dazu beitragen, Cyanidbäder zu eliminieren und Brandgefahren, Abfallerzeugung und Energie-/Wasserverbrauch zu reduzieren.

ANTENNENFERTIGUNG

Ein Trend, der in allen Anwendungen einheitlich ist, ist die Notwendigkeit, Antennengröße, Gewicht, Leistungsaufnahme und Kosten zu reduzieren. Elektrisch leitfähige Farben, die mit verschiedenen Druckverfahren direkt auf dielektrischen Substraten strukturiert sind, können helfen, diese Ziele zu erreichen.

Nicht-konventionelle Substrate erhöhen beispielsweise den verfügbaren Permittivitätsbereich im Vergleich zu typischen Leiterplattensubstraten, was kleinere Antennengrößen bei vergleichbarer Bandbreite sowie einen geringeren Stromverbrauch und Kosten ermöglicht. Wichtig ist, dass gedruckte leitfähige Tinten diese neuartigen Materialien metallisieren können, wo MID-Methoden wie Laserdirektsintern (LDS) und Zwei-Komponenten-Spritzgießen nicht möglich sind. In unserem Labor hat unser Team für gedruckte Elektronik erfolgreich auf eine Vielzahl von Kunststoffen und Kunststoffverbunden, Glas und Keramik gedruckt. Wir haben unsere Fähigkeit demonstriert, mit digital gesteuerten Roboterdruckern über 3D-Formen zu drucken. Diese Fähigkeit kann zu neuartigen, 3D-Raum füllenden Antennen führen, die Antennengröße, -effizienz und -bandbreite besser optimieren, indem sie eine größere Menge des verfügbaren Gehäusevolumens nutzen.

Der digitale Prozess ermöglicht zudem Konstruktionsänderungen ohne Aufwand und Verzögerung bei der Erstellung neuer Werkzeuge. Da die Antennenanwendungen weiter wachsen, freuen wir uns darauf, die gedruckten Metallisierungsfähigkeiten von TE weiterzuentwickeln, um metallisierte Oberflächen mit komplexer Form, robuster Haltbarkeit und niedriger Zykluszeit zu liefern.

ANWENDUNG DER GEDRUCKTEN ELEKTRONIKTECHNOLOGIE IN DER SENSORIK

Der globale Sensormarkt wächst, getrieben von der steigenden Nachfrage nach einer intelligenteren, vernetzten Welt, wie das Ökosystem Internet der Dinge zeigt. Für Kunden aus den Bereichen Automobil, Industrie, Medizin und Unterhaltungselektronik trägt diese Technologie dazu bei, die Leistung zu verbessern, Kosten zu senken und die gewünschten Formfaktoren zu erreichen.

In unserem Labor widmen wir uns der Anwendung der Technologie der gedruckten Elektronik, um diesen Herausforderungen durch den Einsatz neuartiger Materialien und vereinfachter Herstellungsverfahren zu begegnen. Wir haben den Druck von nanopartikulären Silbertinten als Elektroden für Ultraschall-Bildsensoranwendungen untersucht. Kleine Partikelgrößen führen zu einer signifikanten Reduzierung der Oberflächenrauheit von Siebdruckelektroden und damit zu einer wesentlichen Verbesserung der Bildqualität.

Miniaturisierte magnetische Strukturen könnten Anwendungen in Positions-, Drehzahl-, Füllstands- und Drehmomentsensoren finden. Solche winzigen magnetischen Strukturen, die mit einem herkömmlichen Formverfahren nicht hergestellt werden konnten, können direkt mit Magnetfarben auf eine flache oder gekrümmte Oberfläche gedruckt werden, was nicht nur die Größe reduziert, sondern auch den Integrationsprozess vereinfacht. Da die Sensoren einen sehr diversifizierten Markt mit hohem Anpassungspotenzial haben, gehen wir davon aus, dass die Drucktechnologie Vorteile für die Sensorherstellung bieten wird, insbesondere für Geräte mit geringem Volumen und hohem Mischungsverhältnis.

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