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Uso de tinta con plata nanopartículas ofrece capacidad para nuevos circuitos híbridos rígidos y flexibles

Hoy en la electrónica hay dos enfoques principales a la construcción de circuitos: el rígido (circuitos de silicio) y el nuevo, más atractivo, flexible basado en papel y sustratos poliméricos que se pueden combinar con la impresión tridimensional. Hasta la fecha, las virutas se utilizan para alcanzar el funcionamiento eléctrico confiable y alto requerido para las funciones especializadas sofisticadas. Sin embargo, para sistemas de mayor complejidad, como computadoras o teléfonos móviles, los chips deben estar unidos entre sí. Un equipo de investigadores españoles de la Universidad de Barcelona ha demostrado una nueva técnica de unión para estos chips, llamados SMD o dispositivos montados en superficie, que utiliza una impresora de inyección de tinta con tinta que incorpora nanopartículas de plata.



La técnica, descrita esta semana en el Journal of Applied Physics, de AIP Publishing, se desarrolló en respuesta a la necesidad industrial de un proceso de fabricación rápido, fiable y simple, y con miras a reducir el impacto ambiental de los procesos de fabricación estándar. Se seleccionaron nanopartículas de plata para tinta inkjet debido a su disponibilidad industrial. La plata se reproduce fácilmente como nanopartículas en una tinta estable que se puede sinterizar fácilmente. Aunque la plata no es barata, la am La cantidad utilizada fue tan escasa que los costos se mantuvieron bajos.

El reto para el equipo de investigación fue "hacer todo con el mismo equipo", según Javier Arrese, miembro del equipo de investigación, mejorando o confirmando el desempeño de la fabricación estándar mediante la tecnología de impresión por inyección de tinta para el circuito y la unión de los chips.

"Desarrollamos varios circuitos electrónicos con impresión por inyección de tinta, y muchas veces tuvimos que insertar un chip SMD para alcanzar los objetivos", dijo Arrese. "Nuestro enfoque era utilizar la misma máquina para la unión que se utilizó para el circuito impreso."

El mayor desafío fue obtener altos valores de contacto eléctrico para todas las familias de tamaño SMD. Para ello, el equipo propuso utilizar tinta de plata, impresa por inyección de tinta como solución de montaje / soldadura. Las gotitas de tinta plateada se depositaron cerca del área de solapamiento entre las almohadillas del dispositivo SMD y las trayectorias conductoras inferiores impresas, con la tinta fluyendo a través de la interfaz por capilaridad. Este fenómeno funciona como una esponja: Los pequeños huecos de la estructura del spong absorben líquido, permitiendo que un líquido se extraiga de una superficie en la esponja. En este caso, la interfaz delgada actúa como los pequeños huecos en la esponja.

Aprovechando las energías superficiales existentes a nanoescala, la tinta de nanopartículas de plata (AgNP) garantiza una alta conductividad eléctrica después de un proceso térmico a temperaturas muy bajas y, por lo tanto, se puede lograr una interconexión eléctrica de alta conductividad. Utilizando este método propuesto, se demostró un circuito híbrido flexible inteligente en papel, donde se ensamblaron diferentes SMDs con tinta AgNP, demostrando la fiabilidad y factibilidad del método.

"Hubo muchas sorpresas en nuestra investigación, una de ellas era la forma en que los chips SMD estaban unidos a circuitos impresos de inyección de tinta anteriores utilizando nuestro nuevo método en comparación con la tecnología estándar actual", dijo Arrese.

Las aplicaciones y las implicaciones de este trabajo podrían ser de largo alcance.

"Creemos que nuestro trabajo mejorará las etiquetas existentes de radiofrecuencia, impulsará y promoverá el embalaje inteligente, mejorará la electrónica portátil, la electrónica flexible, la electrónica de papel ... nuestros resultados nos hacen creer que todo es posible", dijo Arrese.


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