Растущие перспективы печатной электроники. Часть 3
Для достижения этого требуется микс из дисциплин, от электронной инженерии до материаловедения, химии и исследований наночастиц.
«Для получения такой же производительности как соединение по меди необходимо еще много работы по созданию чернил», - говорить Мелисса Групен-Шемански, технический директор секции Гибкой электроники и корпусирования в SEMI. «Мы смотрим на электрические свойства, которые могу быть модифицированы, и более сложные датчики, такие как MEMS.”
PARC осуществляет проект с Лабораторией реактивного движения NASA по разработке листа датчиков, сделанного и сотен тысяч датчиков. Некоторые из них чувствительны к температуре, другие чувствительны к свету. «Это может быть напечатано на космической станции и они могут быть выполнены несмотря на условия при запуске», - говорит Верес. «Вы также можете использовать это в подложках на платах. То есть вместо производства многослойной платы, вы можете добавить больше на каждый слой. Это дает вам новую свободу разработки, а также работает на прототипирование на ранних стадиях. Мы также занимаемся аналоговой печатью таких устройств, как батарейки, где нужен все больший и больший масштаб. Это позволяет нам сокращать издержки, создавая батарейки более конформные, чем «таблетки».
Будущие вызовы
Хотя возможные устройства кажутся безграничными, печатная электроника должна проходить такую же строгую проверку, валидацию и тестирование, как и другие чипы. И вот тут начинает просачиваться реальность.
“Это требует мультифизического моделирования – электрического, термального и химического – говорит Норман Чанг, главных технолог в отделе полупроводников ANSYS‘. «С гибко-гибридной электроникой есть 3Д геометрический ввод, поэтому вам нужны инструменты для визуализации дизайна. Это сильно отличается от finFET, где у вас есть несколько слоев, но каждый слой плоский. Так что с finFET корреляции меньше, чем вы могли бы ожидать, и вам нужно знать, какой угол вы хотите обернуть ».
ANSYS работает с Hewlett Packard Enterprise над решением такого типа проблем, которые могут быть экстраординарно комплексными. «Одно из главных применений – это пленка с датчиками, но при продолжительной вибрации термический градиент может отличаться в различных местах», - говорит Чанг. «С браслетом или нательным монитором вам также может понадобиться совместное моделирование из-за гибкости. Это тоже может измениться, потому что существует множество различных видов подложек и каждый случай требует различного подхода. Надеемся, что мы увидим некоторые стандартизированные продукты, основанные на общей платформе. Это сэкономило бы много денег».
Это особенно верно для антенных решеток, которые могут быть напечатаны на корпусах для приложений, таких как 5G. Проблема здесь в невозможности тестировать подобные устройства, используя стандартное тестовое оборудование, и решение может быть найдено в печатной электронике.
«При миллиметровой волне длина волны антенны достаточно короткая, поэтому вам нужны маленькие антенные решетки, но вы устанавливаете их на корпусе, чтобы больше не было радиочастотного порта», - сказал Дэвид Холл, главный маркетолог National Instruments. «Это потребует беспроводных измерений ВЧ-мощности вне устройства. И если вы используете формирование луча, у вас есть 16 антенн для тестирования. Вы можете тестировать их одновременно или измерить под некоторым углом падения. Цель состоит в том, чтобы измерить дефекты процесса в ВЧ-мощности или что-либо, влияющее на качество модуляции »
Различные материалы также потребуют различного оборудования для моделирования и тестирования. «Мы увидим это с помощью складного смартфона, приложений IIoT и мониторов тела», - сказал Чанг из ANSYS. «Для разных рынков будут разные датчики, а для разных материалов потребуются разные инструменты моделирования. Сегодня ведется серьезное сотрудничество между правительством и промышленностью».
В этой сфере ключевой задачей является надежность. Полосы датчиков можно будет достаточно легко переместить и не совсем ясно, как должно они будут это выдерживать и как быстро будут ухудшаться.
«Долговечность – всегда проблема в печатной электронике», - говорит Бруер. «В некотором смысле она более долго функционирующая, чем кремниевая или металлическая, и она очень стабильна. Но нужно беспокоиться по поводу физической долговечности устройства, что может включать в себя все от отслоения до физической деградации, такой как трещины при использовании в жестких условиях. Вам также нужно подумать о том, что проблемой может стать тепло – нужно ли вам создавать гибкую подложку, устойчивую к теплу – и должна ли она быть прозрачной».
Заключение
В прошлом печатная электроника была в значительной степени научным проектом. Но этот подход обладает достаточным импульсом - и достаточным спросом со стороны конечного пользователя в различных сегментах рынка – так что весьма вероятно, что электронная промышленность увидит гораздо больше такого рода технологий в будущем.
Как быстро это произойдет, для каких применений и какие проблемы могут возникнуть – это еще предстоит определить. Но возможность ввести электронику в любую среду вне зависимости от формы или окружающих условия, и возможность получать больше данных, чем через традиционные чипы – все это является очень привлекательным для различных применений. Этот набор характеристик скорее всего будет расти, поскольку накладки прорабатываются в цепи поставок, а надежное тестирование и моделирование доказало, что может быть достаточным для обеспечения должного качества.
Источник: semiengineering.com