公告/发布日期:2017/06/02

mile米乐m6官网 内置可弯曲收音机的棒球帽

-倡导柔性电子生活-

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  • 改进的技术,只需通过印刷和烧制铜墨水即可创建柔性线路板
  • 安装有薄部件的可弯曲设备的表示,如带收音机的棒球帽
  • 预计将有助于柔性混合电子产品在日常生活中的渗透


摘要

米乐m6官方网站[理事长中钵良二](以下简称“AIST”)柔性电子研究中心[研究中心主任 Toshihide Kamata] 混合工艺团队首席研究员 Nobuko Fukuda 和该中心首席研究员 Naoki Shirakawa 制作了一款棒球帽原型,帽檐内置有柔性无线电,采用印刷和低温等离子烧结形成的铜电路布线制成。

铜墨水丝网印刷的电路形成以及AIST开发的改良低温等离子烧结技术光刻柔性线路板已开发出一种制造技术。通过在该接线板上安装薄型元件而制成的柔性装置是大规模定制是可能的并且灵活的混合电子设备的实际例子,它有望让各种生活场景变得更加便捷和愉快。

 原型棒球帽及其所使用技术的详细信息将于2017年6月7日至9日在东京国际展示场(东京江东区)举行的JPCA Show 2017(第47届国际电子电路工业展览会)上展出。

安装在通过在聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜上印刷和烧制铜墨水而制成的电路上的柔性收音机的照片,以及帽檐内置柔性收音机的棒球帽示例(左下)
安装在通过在聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜上印刷和烧制铜墨水而制成的电路上的柔性收音机,以及佩戴帽檐内置有柔性收音机的棒球帽的示例(左下)


发展的社会背景

10154_10528迁移短路都有可能发生。与传统设备一样,铜是物联网设备的首选布线材料,但烧制印刷铜以形成低电阻布线的工艺尚未建立。

研究历史

AIST 的柔性电子研究中心在印刷电子产品的研究和开发中,旨在将通过印刷和烧制铜墨水制造低电阻布线的技术商业化。到目前为止,氧气泵大气压等离子体我们一直致力于开发低温等离子烧结方法,该方法结合了在低温下烧结印刷铜颗粒聚集体以在薄膜基材上形成铜布线的技术。这项技术在世界上是独一无二的。

 这次,我们在通过丝网印刷和低温等离子烧结形成的铜无线电布线电路上安装芯片元件,制作了柔性收音机,并将其装入棒球帽的帽檐内,致力于打造一种不会妨碍视线或担心掉落、即使弯曲也不会干扰无线电接收的可穿戴收音机。

这项研究开发的一部分得到了国家研究开发署新能源和产业技术开发机构的委托项目“纳米技术和先进部件的实际应用研究与开发”(2010财年-2010财年)的支持。

研究内容

低温等离子体烧结法(CPS法)不利用瞬时高温,而是在热平衡条件下氧化铜分解为铜和氧的极低氧状态下生成纯铜,然后通过常压等离子体的作用烧结铜颗粒,从而可以在180℃以下的恒温下烧结铜颗粒(图1)。因此,不需要在油墨中添加还原剂或抗氧化剂。表1显示了与其他铜墨水相关技术的比较。我们之前已经确认,喷墨印刷用的铜纳米粒子墨水可以使用CPS方法进行烧结,但这次我们改进了等离子体产生的电极和电源,使得CPS方法甚至可以烧结用于批量生产的丝网印刷的铜浆,其中含有许多除铜之外的有机成分。此外,现在可以使用耐热性较差但更便宜的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜来打印和烧结,而不是迄今为止使用的聚酰亚胺薄膜。这样一来,只需两步即可制作柔性线路板:在 PEN 等薄膜基材上通过丝网印刷使用铜油墨形成电路图案,然后使用 CPS 进行烧结。

图1 CPS方法概述(左)以及使用改进电极进行低温等离子体烧结过程中密闭容器内部的图表和照片(右)
图 1 CPS 方法概述(左)和使用改进电极进行低温等离子体烧结期间密闭容器内部(右)
氮气在密封容器和氧气泵之间循环,除去氮气中的氧气,在容器内部创造极低的氧气条件。此外,氮气变成大气压等离子体并喷射到样品上。使用热板将样品保持在恒定温度。

技术 电阻率 烧成温度 生产力 线宽和薄膜厚度的稳定性 铜墨选择多样性
CPS 26μΩ·cm 180 ℃
点火 ~5μΩ·cm 一会儿
高温
×
(需要还原剂)
可在大气中烧制的铜浆 25~30 μΩ·cm 120 ℃ ×(可以通过使用拍照来改进) ×(需要特殊的防氧化技术)
表1 CPS方法与其他主要铜油墨相关技术的比较

 我们通过将表面贴装组件安装在使用改进的 CPS 方法制造的柔性接线板上来制造可弯曲无线电,并将其合并到棒球帽的帽檐内,以创建内置柔性无线电的原型棒球帽(示意图)。通过将收音机机身尺寸缩小到 45 毫米见方以下,并将厚度保持在 18 毫米以下,我们能够将其集成到棒球帽的帽檐内。收音机天线缝在包裹帽檐核心的织物中,可以稳定地接收无线电广播。即使帽檐根据佩戴者的喜好弯曲,接收也没有问题,而且由于重量轻,不会因重量而感到不适。您可以在戴着帽子时打开和关闭电源、调节音量和收听。通过将灵活的收音机融入帽子中,它成为一种可以轻松融入日常生活的可穿戴设备,让用户可以在收听直播的同时观看体育直播,或者在远足、慢跑或农耕时收听广播广播。也可以作为活动商品提议由活动发起人、广播电台等分发。

未来计划

 未来,我们计划加快CPS方法的速度,使仅涉及印刷和烧制铜油墨的柔性线路板制造工艺的生产率与使用传统光刻技术的制造工艺的生产率相当,并计划在三年内开始量产。此外,通过建立利用印刷的柔性线路板批量生产技术,促进产品的多样化,并提供从小批量到大批量无单价差异的制造技术,我们将为电子设备渗透到我们生活的每一个角落做出比以往更大的贡献。



术语解释

◆丝网印刷
一种通过在网板上摩擦墨膏以所需图案在印刷材料上印刷的方法。[返回来源]
◆平版印刷
半导体制造过程中使用的图案形成技术。当将掩模施加到涂覆有感光材料(抗蚀剂)的部分时,进行曝光、显影和蚀刻,在曝光或未曝光的部分中形成图案。[返回来源]
◆软接线板
在聚酰亚胺等柔性绝缘片上形成有布线电路的板。通常的制造方法包括将铜箔等导电金属基材粘合到片材上,并通过光刻工艺形成布线。[返回来源]
◆大规模定制
尽管批量生产,我们还是能够满足每个消费者的个性化需求。[返回参考源]
◆柔性混合电子
一种在纸张和薄膜等软质基板上构建器件的技术,通过印刷和涂层将布线和器件形成相结合,以及安装使用传统制造方法生产的硅半导体芯片。[返回来源]
◆迁移
这里,我们指的是电化学迁移,是指基板上的布线金属由于电流或电场的影响而发生的移动。[返回来源]
◆氧气泵
在氧化钇稳定的氧化锆等氧化物中,组成元素氧离子(氧离子)在高温下变得可移动。氧离子带负电,因此当施加电场时,它们会沿相反方向移动。利用它通过电流仅移动氧气的泵称为氧气泵。[返回来源]
◆大气压等离子体
等离子体是通过在大气压下电离气体分子而产生的,无需使用真空系统。它可以使用氮气、氧气、氦气和大气等气体产生。[返回来源]
 



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