Гибкость многослойных керамических конденсаторов. Часть 2

автор Перевод: Сергей Шихов | |   Статьи А-КОНТРАКТ

При поддержке компании А-КОНТРАКТ в журнале «Технологии в электронной промышленности» № 6’2020 опубликована новая статья «Гибкость многослойных...

Далее

Гибкость многослойных керамических конденсаторов. Часть 1

|   Статьи А-КОНТРАКТ

При поддержке компании А-КОНТРАКТ в журнале «Технологии в электронной промышленности» № 6’2020 опубликована новая статья «Гибкость многослойных...

Далее

Проблемы печатных и одноразовых чипов. Часть 3

автор Сьюзен Рэмбо (Susan Rambo), Эд Сперлинг (Ed Sperling), Перевод: Сергей Шихов sergey@acont.ru | |   Статьи А-КОНТРАКТ

При поддержке компании А-КОНТРАКТ в журнале «Технологии в электронной промышленности» № 5’2020 опубликована новая статья «Проблемы печатных и одноразовых чипов».


Сергей Шихов, технический директор А‑КОНТРАКТ

В последнее время наблюдается бурное развитие всевозможных аддитивных технологий. Печатная электроника не исключение. Хорошо известны методы печати, используемые в типографиях, применение их в производстве электроники очень заманчиво. Пока данное направление делает первые шаги, но ведь и 3D-принтеры когда-то были не более чем игрушкой для техно-гиков. А сейчас 3D-принтеры широко используются для производства, в том числе и изделий ответственного применения (детали ракетного двигателя носителя Falcon тому пример).


Стандарты, цепи поставок, тестирование

Печатные и одноразовые чипы

Рис. 1. Методы тестирования Georgia Tech. Фото: Сюзан Рэмбо

В настоящее время группы отраслевых стандартов занимаются подготовкой стандартов для гибкой гибридной электроники. «Для нее нет четких стандартов, — говорит Дайсон из IDTechEX. — Если вы хотите установить такое устройство в самолет, тогда да, стандарты существуют. Или вам нужно установить устройство в медицинское оборудование, спутник или куда-то еще — вы тоже найдете множество стандартов.

Но это для системного уровня». Отрасль гибкой гибридной электроники только зарождается и все еще находится на стадии венчурного/государственного финансирования. «Компании, занимающиеся гибкой гибридной электроникой, пока не зарабатывают никаких денег. Вы можете купить их продукцию, поскольку они выпускают крошечные объемы в качестве образцов, чтобы протестировать их и попытаться принять. Такие фирмы существуют за счет венчурных капиталов или грантов. Гибкие интегральные схемы — вы не можете просто пойти и купить их. Сможете ли вы приобрести их через пять лет? Скорее всего, да». По этой причине сейчас сложно создать надежную и безопасную цепь поставок с множеством продавцов, предоставляющих качественные материалы.

«Если вы делаете устройства, это значит, что вы не можете создать полную цепь поставок, потому что ваша цепь — это одна компания, — говорит Дайсон. — И эта компания заявляет: «Мы сделали продукт с Х возможностями», и вы отвечаете: «Отлично, мы все оптимизируем и настроим наши процессы для этого». И тут компания банкротится. Вы у разбитого корыта. Тогда как если у вас есть стандарты, вы скажете: «ОК, нет проблем, я просто куплю это у кого-то другого».

Если вы хотите производить в больших объемах и собираетесь инвестировать миллионы в производственную линию, вам следует знать, что вы сможете купить все материалы у кого угодно. Вам нужны стандартизированные материалы». Стандарты корректируются отраслью. «Есть огромное количество устройств: некоторые из них очень нишевые, некоторые выпускаются массово, — поясняет Дайсон. — Есть гигантская разница между датчиками на моей одежде и датчиками на стеллажах. Это относительно небольшой по объему массовый рынок с дешевыми маленькими датчиками. А для какого-то миниатюрного гибкого устройства, которое установят внутрь оружия, требования будут совершенно другие». Даже для военных, которые покупают относительно небольшое количество специализированных продуктов, недостаток стандартов становится проблемой. «Надежность гибкой гибридной электроники очень ограничена. Многое из того, что есть, запатентовано.

Это все очень усложняет, — говорит Джеймс Зунино, специалист по материалам Департамента инженерного анализа и производства вооружений Командного центра вооружений по развитию боевых возможностей США (CCDC AC). — Требуется много информации — материалы, чернила, подложки, покрытия, фактические устройства и условия окружающей среды, а также упаковка и межсоединения. Мы пытаемся поделиться большей частью этой информации, но пока она еще не очень хорошо распространяется». Министерство обороны США предпочитает быть в курсе, откуда все приходит и кто имел с этим дело. «Для гибкой гибридной электроники есть очевидная нехватка всего, что касается квалификации и сертификации. А вам необходимо квалифицировать и сертифицировать материалы, оборудование, процессы и оператора.

И если хоть один из них не известен или не вызывает доверия, то ваш конечный компонент никогда не будет необходимого вам качества, чтобы он мог использоваться безопасно, надежно и многократно, — говорит Зунино. — Как известно, Министерство обороны делает солидные инвестиции в гибкую гибридную электронику, производственные технологии и систе-  мы. Но повторю, механизмы отказов, интенсивность отказов, все протоколы исследований и все данные не определены должным образом, поэтому мы не делаем хорошую работу, рассказывая людям о том, что мы на самом деле хотим, так как мы сами еще не совсем уверены в том, что мы в точности хотим.

Эта отрасль и технологии еще не прошли тот долгий путь, как другие продукты, которые мы выпускали в последние 100–150 лет. Поэтому модели для расчета надежности устройств гибкой гибридной электроники еще не до конца проработаны. Мы продолжаем создавать новые материалы, новые технологии и увеличивать разнообразие этих проблем, моделей, программного обеспечения и инструментария».

Конечно, военные имеют определенные жесткие требования. «У нас в Министерстве обороны есть дополнительные военные проблемы. Условия хранения и транспортировки Министерства обороны значительно отличаются от того, что принято в отрасли. У нас очень высокие перегрузки, иногда они составляют 50 000–150 000g. Сейчас мы приносим в нашу электронику целый гиперзвуковой мир с экстремальными температурами и влажностью. Поэтому нам нужны продукты, функционирующие и при –45, и при –50 °C, и при экстремальной жаре +76 °C, где приходится работать нашим солдатам. Существуют такие места, где нашим солдатам приходилось работать при температуре +79 °C. И затем вы приносите гиперзвуковую систему, где вы теперь можете видеть температуры до +1930 °C, и вся электроника должна выдерживать это окружение при высокой ударной и вибрационной нагрузке. То есть если вы стреляете во что-то при 50 000g и это ударяет по чемуто, то возникает экстремальная ударная нагрузка, которую очень сложно протестировать или предсказать каким-то иным способом. И очень часто мы хотим, чтобы наши сотрудники просидели над чем-то 30 лет прежде, чем мы выстрелим во что-то при 50 000g, и это должно сработать».

Компания NextFlex, факультет машиностроения Georgia Tech имени Джорджа Вудраффа, штат Джорджия, США, компания Dupont и исследовательская лаборатория ВВС США работают над стандартами тестирования. «Действительно очень важно иметь стандарты для того, чтобы знать, как вы квалифицируете и оцениваете надежность материалов подобного типа», — говорит Бенджамин Стюарт, кандидат наук в области машиностроения в Georgia Tech, который работает над подготовкой стандартов для тестирования гибкой гибридной электроники и помогает создавать новые тестовые установки для гибких схем. «Один человек говорит: «Мы увеличили производительность чернил на 30% и оценили этот уровень эффективности».

Другой человек может выполнить иной похожий тест и получить совсем другие результаты, так как стандарты очень расплывчаты, — отметил Стюарт, подчеркнув, что свободные стандарты — признак незрелости сферы: — Мы сейчас находимся на ранней стадии зрелости. Так, один стандарт для использования в этой сфере называется «Руководство МПК по тестированию гибкости/растяжимости» (IPC guide line on flexibility/stretch ability testing). Сейчас в этом руководстве написано: «Если вы хотите провести тест, просто расскажите нам все о вашем тестировании. Если возможно, опишите, как выглядит ваш образец. Каков его размер? Как много образцов вы будете тестировать? Какую скорость деформации вы использовали? Покажите нам ваши данные электрического теста относительно процента растяжения». То есть они просто говорят: «Скажите нам все, потому что мы не хотим говорить вам то, что важно. Просто скажите, что вы сделали, и мы можем посмотреть на это».

Печатные и одноразовые чипы

Рис. 2. Бенджамин Стюарт из Georgia Tech (выступление на конференции SEMI’s FLEX/MEMS&Sensors в Сан-Хосе, Калифорния, 26 февраля 2020 года) рассказывает о новой тестовой установке, которую создал университет с партнерами. Установка позволяет проводить стандартизированное тестирование
гибкости по одно- и двуосному растяжению гибких схем, чтобы измерить проводимость схемы при нагрузке. Университет Georgia Tech обнаружил, что одноосное растяжение меньше снижает проводимость, чем двуосное. Фото: Сюзан Рэмбо

То, чего здесь не хватает и что каждый действительно пытается понять (и это часть фокуса нашей группы), — это реально недостающие рекомендованные параметры для каждого из этих пунктов. То есть если вы хотите быть в этом диапазоне скоростей деформации, если вы заинтересованы в этой области физики, если это ваше устройство, нужно сказать вам, какую скорость деформации вы должны использовать, какого размера должен быть ваш образец, и назвать другие данные». Технологический институт Georgia Tech работает над определением того, как нужно проводить тестирование и каким стандартам важно соответствовать, включая создание тестовых образцов и тесты на растяжение, которые не будут загрязнены из-за проблем с соединителями (рис. 1). Факультет разработал тестовую установку для двуосного растяжения, которая создает стандарты растяжения и измерения результатов проводимости/сопротивления (рис. 2).

И наконец…

И наконец, то, что чипы дешевы, не означает, что они легко утилизируются. Большой вопрос в том, что делать с этими устройствами, когда они отработали свой ресурс. «Это касается идеи прикреплять датчики на все, — говорит Дайсон из IDTechEx. — Если я установлю датчик на свою чашку для кофе, он, по идее, должен быть биоразлагаемым. Мне бы не хотелось тратить свое время на его разборку и хранить весь мой отработанный кремний в отдельной коробке. Это просто глупо. Поэтому вы должны иметь возможность переработать его. Но как вы это сделаете, ведь там столько различных материалов? Очень сложно перерабатывать вещи из различных материалов.

Ваш кремний не будет биоразлагаемым. Оксид металла тоже не разлагается. Вы хотите, чтобы это было настолько дешево, что его можно просто выкинуть. И тогда возникают вопросы этики. Этично ли выбрасывать очень небольшое количество кремния? Люди беспокоятся по поводу биоразлагаемых подложек. Но они не беспокоятся по поводу биоразлагаемых чипов. До этого еще очень далеко».

Скачать полный текст статьи «Проблемы печатных и одноразовых чипов» в формате pdf

Назад