3D Baslı Elektronikde Davranış Meydanlığı Meydani
Katkı üretimi elektronik üretim için yeni sınırlar açtı, mühendislere ve hobilere doğrudan 3D baskılı parçalara izin verdi. Özel sensörler, antenler, interconnects ve hatta tüm devre tahtaları talep etme yeteneği hızlı prototipleme, eğitim ve düşük hacimli üretim için dönüştürücüdür.Bu avantajlarına rağmen, as-printed devrelerin elektrik performansı genellikle pratik taleplerin ne kadar kısa sürede azalır.
Sağlamanın fiziksel olarak, baskılı bir şekilde, yüksek çözünürlükte bulunan metallerin dağılımına (örneğin, yüksek çözünürlükte) bağlı olarak, yüksek çözünürlükte bulunan veya yüksek çözünürlükte bulunan 10 adet (örneğin,) yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan bir yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan bir yüksek çözünürlükte (örneğin, yüksek çözünürlükte) veya yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunanlar arasında (örneğin, yüksek çözünürlükte) yer alan (örneğin, yüksek çözünürlükte) bir akışta bulunanlar arasında yer alan veya yüksek çözünürlükte bulunanlar arasında yer alıyor.
3D baskının rahatlığı ve fonksiyonel elektroniklerin performans gereksinimleri arasındaki boşlukları yeniden işliyor. Baskıdan sonra termal, kimyasal veya elektrokimyasal tedaviler uygulayarak mühendisler, geçici yol yollarını dramatik bir şekilde azaltabiliyor ve hatta basılı parçaların yüzeyinde sürekli metal filmleri depolar. Sonuç, geleneksel olarak üretilen iletkenlerin iletkenliğini korurken, katkı yapmada kullanılan iletkenlerin geometrik özgürlüklerini koruyor.
Post-Processing, Güvenilir Devreler için Negotiable
Direnç, Davranış ve Pratik Sınırlar
Bir malzemenin elektrik iletkenliği aşırı gerilim veya ısı nesli olmadan gerekli olan direncin yeniden belirlenmesidir (V = IR) Belirli bir noktaya kadar olan gerilimler (S/m) Doğru bir şekilde hareket etmek için baskılı devreler için baskı noktalarının sabitlenmeleri gerekir.In dijital mantık devreleri, direnç aşırı gerilim düşüşü veya ısıtılması durumunda, sinyal bozulması ve zarar vermeleri için doğrudan yük devreleri geri yüklemesi için direnç gösterir.
Post-işleme teknikleri, baskılı malzemenin mikro yapısını değiştirerek bu konuları ele alır. Örneğin, tam olarak dirençli metal parçacıkların sürekli bir ağa kadar, gerçek elektron akışı için birçok boşlukları ortadan kaldırır. Plating processes add a new, highly behaviorive Metal katmanı that bypasses the effective dirençli Direnç of the print trace by two to four order of value, bring it into a range appropriate appropriate for real-world elektronik.
Mekanik ve Çevre Faydaları
Saf elektrik performansının ötesinde, işleme aynı zamanda baskılı devrelerin mekanik sağlamlığını ve çevresel direncini geliştirir.Kapatlanmış iletken izleri genellikle sert ve ısınmış bir devrede çalışan cihazlar için daha fazla iletken değildir.
Kapsamlı Post-Processing Techniques
Termal Sintering
Termal sintering, 3D baskılı iletkenler için en yaygın olarak incelenen ve uygulanan post-işlem yöntemlerinden biridir. Süreç, metal dolgunun erime noktasının altında bir ısıya baskılı kısmı içerir, ancak parçacık kontaklarında atom difüzyonu teşvik etmek için yeterince yüksektir. Sıcaklık yükselirken, yüzey enerjisi, boşlukları ortadan kaldırır ve sürekli bir ağ yaratır. Sonuç, genellikle mekanik güçle birlikte gelişmiştir.
Metal-organize edilmiş filamentler için - bakır, gümüş veya bronz partikülleri içeren olanlar gibi - sintering genellikle bir inert atmosferde (argon veya azot) oksidasyon önlemek için yapılır. Fırın sintering profilleri dikkatli bir şekilde optimize edilmelidir: çok yavaş ve biner kontrol edilemez; çok hızlı bir şekilde ısıtılabilir; ve parçaya bağlı olarak, maksimum yükleme veya çatlaklara bağlı olarak ısınır.
Daha yeni gelişmeler, mikrodalga sintering gibi hızlı sintering teknikleri, indüksiyon ve lazer sintering. Bu yöntemler bazı bölgelerin son derece yüksek algılayıcı uygulamalara karşı ısıtılması, diğerlerinden yüksek dozda termal hasarları azaltma, özellikle de, belirli bir şekilde belirli izlerini veya pedleri seçici olarak tedavi etme yeteneği sunar.
Elektroless Plating
Elektrozmik kaplama, metal iyonlarının bir katalitik yüzeyde indirgenmesi için kimyasal bir ayrıştırma işlemidir - tipik olarak bakır, nikel veya gümüş - dış elektrik akımına ihtiyaç duymadan baskılanmış bir parçasının yüzeyinde (ködücük çözeltiler kullanarak) bir otocatatik kimyasal reaksiyona dayanır.
Elektrozyetik kaplamanın temel avantajı, metali karmaşık, üç boyutlu geometriler, iç kanallar ve aşırı uçları dahil olmak üzere, geleneksel elektroplating kullanarak plakayı kullanmak imkansız olacaktır.
Elektrozyot kaplama özellikle de doğrudan yazma 3D baskısında kullanılan iletkenler ve salaklar için iyi bir şekilde uygundur. Bu malzemeler genellikle gümüş veya bakır nanopartiküller içerir, baskıdan sonra, sergileriz ve yine de kötü bir bakır banyo her nanopartikülde ince, yüksek hacimli bakır banyoyu depolayabilir, onları daha sürekli bir ağ haline getirir.
Pratik düşünceler banyo kimya yönetimi, sıcaklık kontrolü (tipik olarak 50-70 °C elektrotsız bakır için) ve düzgün bir şekilde ayrıştırma sağlamak için bir atık işlemesi de önemlidir, elektrotsız kaplama çözümleri metal tuzları içerir ve uygun kullanım gerektiren ajanları azaltır.
Electroplating
Elektroplating, elektrotsız kaplamadan farklı olarak, çözümün ayrıştırılması için dış bir elektrik akımı gerektirdiğinden farklıdır. Baskılanan kısım metal iyonları içeren ve kedihode olarak bağlantılı bir çözümle donatılmıştır. A counter elektrode (anode) devreyi tamamlar.Mevcut akışlar, çözümdeki metal iyonları azaltılır ve baskılı kısmın yüzeyinde depolanır.
Elektroplating, yüksek çözünürlükte yüksek maliyet gerektiren uygulamalar için kendi kendine ihtiyaç duyar, genellikle ilk tohumlama veya elektrot kaplama adımlarından sonra uygulanır. Süreç, yüksek çözünürlükte yüzlerce mikrometreye kadar (örneğin, yüksek yüklenebilirlik için) kadar kalın metal tabakaları (örneğin, yüksek yükleyici kapasiteye veya düşük iz direnişe ihtiyaç duyan uygulamalar için idealdir.Zengin elektroplatma 3D baskılı elektronik için en yaygın seçimdir.
Elektroplating, depozito kalınlığı, tahıl yapısı ve yüzey elektrotsız yöntemlere kıyasla üstün bir kontrol sunuyor.Mevcut yoğunluk ayarlandığında, banyo kompozisyonunu ayarlayarak ve katkı maddeleri, mühendisler belirli ihtiyaçları karşılamak için depozito özelliklerini tertemizleyebilir - örneğin, estetik uygulamalar veya sütunlu, yüksek yükleme için yüksek yükleme için yüksek ücretli bir depozitolar için, stres yatakları birbirine bağlamak için kullanılabilir.
Elektroplating'in birincil sınırlaması, elektrik teması için gerekli olan, karmaşık, çok fazla parasal baskılar için zorlanabilir. Fixturing ve mevcut dağıtım aynı zamanda büyük veya geometrik olarak karmaşık parçalar için de kritik hale gelir, çünkü mevcut yoğunlukta farklılıklar eşitsiz depozito kalınlığına yol açar.
Davranış ve Kombinasyon Metallizasyon
Basit ve hızların olduğu uygulamalar için, iletken kaplamalar, sürekli bir film oluşturmak için basit bir yol sunar.Bu ürünler - boyalar, spreyler, dipler ve fırça-on formülasyonları - iletken parçacıklar (tipik olarak gümüş, bakır, nikel, veya karbon) sürekli bir film oluşturmak için askıya alınabilir.Bir devreye bir baskılı kaplamaya başvurmak için bir baskı oluşturabilir.
Sensörler ve spreyler özellikle prototyping, eğitim ayarları ve makine onarımları için kullanılan fırınlar veya kaplama banyoları sınırlıdır.Rezervasyon maskeleri, stenciller veya iyi donanımlı bir uygulamacılar sadece bir devrenin kritik alanlarını güçlendirmek için uygundur. Silver- bazlı boyalar genellikle 10 °D aralığında direnir.-5-f).
Davranışçı kaplamalar, daha fazla katılımcı bir post-işleme iş akışına girmeden önce bir kaplamaya uygun bir şekilde uygulamaz.Birçok kullanıcı daha fazla ilgili bir post-işleme işine taahhüt etmeden önce bir kaplama uygular.
Lazer Annealing ve Fotonik Curing
Lazer ekleme ve fotonik eğriliği, yönlendirilen enerjiyi seçici olarak ısıtılmış iletkenler için kullanan gelişmiş tekniklerdir, tüm kısmı ısıtılmış yüzeyler için ısıtıcı olmayan parçacık füzyonu sürmek özellikle caziptir. Bu yöntemler özellikle sıcaklık hassas yüzeyler için (örneğin kağıt, PET veya poliimide)
Lazer ekinde, basılı izlerde odaklanmış bir lazer kirişi, iletken parçacıkların milisaniyeler içindeki sintering noktasına kadar ısıtılır.Bu, yüksek performanslı iletkenleri içeren devreler için, yüksek performanslı iletkenleri ve ısıtıcılar gibi hassas malzemelere izin verir.
Fotonik eğriliği, ısıyı ve füzyonu sağlayan, yüksek hacimli ışıkların parçasına kadar yoğun, geniş çaplı ışık sunmak için puler lazerli fırçalar tercih edilir.Süresel olarak basılı elektroniklerin üretimine ek olarak, ısıyınır.Kısa bir süre (mikrosans ila milisaniyeler) substratın en hızlı işlem yapan sistemlerin en hızlı şekilde işlenmesini sağlar ve zaten basılı elektroniklerin satışına giriş yapılır. 3D baskılı devreler için, bir fotonik adım, tek bir pulerde 50-% 90 oranında azalır.
Her iki lazer ekleme ve fotonik eğriliği, enerji teslimatını, pul profillerini optimize etmek için devam eden çabaların aktif alanlarıdır ve farklı malzeme sistemleri için yazılımları azaltır. Ekipman maliyetleri azalırken, bu teknikler araştırma laboratuvarları, üniversiteler ve küçük ölçekli üreticiler için daha erişilebilir hale gelmek bekleniyor.
Kimyasal Azaltı ve Depozisyon Yöntemleri
Kimyasal azaltım yöntemleri, metal oksitleri veya öncü bileşikleri metalik formlara dönüştüren ajanları tedavi etmeyi içerir. Örneğin, basılı gümüş oksit izlerinin yüksek iletkenliğe dönüştürmek için bir formde ya da sodyum borohydride çözümünde azaltılabilir. benzer şekilde, bakır formatları incelalize etmek için işlemden işlemlenebilir.
Bu yöntemler genellikle elektroplating veya yüksek sıcaklık sinteringten daha basit ve daha güvenlidir. Sadece kimyasal bir banyo veya buhar odası gerektirir ve nispeten düşük sıcaklıklarda (150 °C) yapılabilir.
Malzeme-Specific Processing Strategies
Metal-In CHE'ler (Cu, Ag, Bronz)
FDM 3D baskı için metal tozu yüksek bir yükleme içerir - genellikle 60–% 90 ağırlık ile - PLA, naylon veya PVA gibi bir polimerde dağıtılır.In as-printed state, bu parçalar metal partiküllerini ayrıştırmak için nispeten zayıf iletkenler.
Metal-organize edilmiş filamentlerin incelenmesi, kontrollü bir atmosferde sintering tarafından takip edilen iki adımlı bir fırın profili gerektirir.Debinding adım, polimer dekompozisyon gazlarının kırıklarına veya sulara neden olmadan kaçmasına izin vermek için yeterince yavaş olmalıdır.
Bu, devre dışı ve sintering sırasında, kısım önemli ölçüde küçültülüyor - genellikle tasarım aşamasında hesaplanmalıdır. Boyut toleransları saf olarak çıkarılan yöntemlerden daha gevşekdir, ancak karmaşık içsel geometriler (örneğin, ısı değiştiriciler, dalga kılavuzlukları) oluşturmak için yeteneği genellikle bu sınırlamayı kapsar.
Mekanik ve Kompozit sönümler
Karbon dolu PLA veya grafiken-organize PETG gibi iletken termoplastikler, metal füzyondan ziyade percolasyon ağlarına güvenebilir. Bu malzemeler için, termal sintering daha az etkilidir, çünkü karbon veya grafikten yanardağlar hala metalleri açığa çıkarmak için daha fazla iletkenlik yapamazlar.
Karbon bazlı kompozitler için, post-işlem sonrası elde edilen iletken kazanımlar genellikle daha mütevazıdır - genellikle metal dolu sistemlerle görülen siparişlerin yerine 2-10x bir gelişmedir. Bununla birlikte, bu malzemeler maliyet, ağırlık veya esneklik birincil endişeler olduğu uygulamalar için değerlidir ve hatta bir çalışan prototip ve işlevsel olmayan bir tane arasındaki farkı yaratabilir.
Graphene ve 2D Malzeme Kompozitleri
Grafene tabanlı filamentler ve inks, lazer ekleme, fotonik drenaj gibi uçlu teknikleri temsil eder ve kimyasal azaltım, flake-to-flake temasını geliştirmek ve basılı bir kısımdaki bu özelliklerin belirlenmesi, aralarındaki grafiklere dikkat etmek gerekir.
Araştırma, grafiksel olarak kullanılan devrelerin 10[Döneticilere yaklaşabileceğini göstermiştir[Döneticiler:0) [Döneticileri optimize ettikten sonra, yazıcılar, elektromanyetik müdahale (EMI) kalkanlama ve esnek sensörler gibi uygulamalar için uygun hale getirilmesini sağlar.
Yöntem Seçimi için Pratik Rehberlik
Doğru post-işlem tekniğini seçmek, basılı malzeme, gerekli iletkenlik, bütçe, mevcut ekipman ve üretim hacmi dahil faktörlerinin bir matrisine bağlıdır. Aşağıdaki düşünceler seçeneklerin seçenekleri daraltmasına yardımcı olacaktır.
Davranış Gereksinimleri Gereksinimleri
Düşük ücretli uygulamalar - örneğin elektrostatik deşarj (ESD) koruma, kapasitif algılama veya dirençli ısıtma - gerekli direnç veya basit bir uygulama kaplama için gerekli olan en uygun yönteme karşı seçime karşı olarak hizmet edebilir.For applications require large-fret signal transfer, or sensitive analog devrery – sintering or elektroplating. Quanting the required direniş or or serve earlyivity in the design process will guide the choice against the most appropriate method.
Bütçe ve Ekipmanlar Kullanılabilirlik
Davranışlı boyalar ve spreyler en erişilebilir, sadece birkaç yüz dolara ihtiyaç duyuyor. Elektrozoflu kaplama ve kimyasal azaltım yöntemleri ıslak bir kimya kurulumunu gerektirir () · sıcak plakalar, fume hood) ama elektrot sistemleri için de uygulanabilir.
Bu sadece başlangıç için, pratik bir yaklaşım, iletken boyalar veya elektrot kaplama ile başlamak ve projelerin karmaşıklığı ve performans talepleri arttıkça daha gelişmiş ekipmana yatırım yapmaktır.
Uygulama Ortam ve Mekanik Kıtlar
Baskılı devre esnek olacaksa, iyi huylu, tuz veya kimyasal olarak agresif ortamlarda sürekli, en yüksek metal tabakaya direnen bir kaplama işlemine sahip olmak için, daha basit bir kaplama yaklaşımı, tekrarlanan mekanik stres altında çatlaklara eğilimli olabilir.
Geometrik karmaşıklık da önemlidir. İç kanallarla parçalar için, derin boşluklar veya karmaşık overhangs, elektrot kaplama genellikle uygun doğası nedeniyle tek uygun seçenektir. Elektroplating ve termal sintering, mevcut dağıtım veya ısıtma için kolay erişim sağlar.
Future Yol ve Gelişen Araştırma
3D basılı elektronik için post-işlem alanı hızla ilerliyor, havacılık, tıbbi cihazlar, tüketici elektronikleri ve Nesnelerin İnterneti (IoT) tarafından yapılan katkıların benimsenmesiyle yönlendiriliyor.
Her iki işlemsel ve tek bir inşa döngüsündeki materyaller daha yetenekli hale gelir. Bu sistemlerde, post-işlemler her iki malzemenin termal ve kimyasal özellikleri ile uyumlu olmalıdır. Örneğin, esnek bir poliurethane ile basılı bir devre substrat substratı substratı substratı substratı olmadan fırın-sinternetlenebilir. Bu düşük sıcaklık ve yerelleştirilmiş işleme yöntemlerinin geliştirilmesi, fotonik drenaj ve lazer ekleme gibi.
situ post-processing - baskı sırasında katman tarafından sintering, ekaling veya kaplamalar yapılır - ayrı post-işlem adımları ortadan kaldırmak için umut verici bir stratejidir. Erken araştırma, lazer ekleme araçlarının 3D yazıcıya entegre edilmesiyle ilgili olarak, her katmanın kesintiye uğramadan hemen sonra sinerjik bir şekilde yapılmasını sağlar.Bu yaklaşım, kısa süreli işlem zamanlarını azaltır ve gerçek zamanlı işlem parametrelerinin gerçek zamanlı ayarlamalarını sağlar.
Makine öğrenme ve süreç optimizasyonu da büyüyen bir rol oynamaktadır. Binlerce baskı-ve işleme döngüsünden veri üzerinde eğitim modelleri ile araştırmacılar, belirli bir materyal ve geometri için en uygun sintering sıcaklıklarını, kaplama süresini veya kaplama kalınlığını tahmin edebilir.Bu, deneme-ve-terörü azaltır ve daha tekrarlanabilir ve erişilebilir hale getirir.
Son olarak, sürdürülebilir üretime doğru itki, işlem sonrası seçimleri etkileyendir. Elektroless kaplama, tedavi veya geri dönüştürülmüş olmalıdır. Termal sintering tüketimi önemli enerji tüketmektedir.Instive boyalar genellikle uçucu organik bileşikler içerir (VOCs). Future araştırma yeşil kimyacılara öncelik verir, daha düşük sıcaklık süreçleri ve performanstan sonra yeniden dönüştürülebilecek materyaller üretir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Post-processing, işlevsel 3D baskılı devrelerin üretiminde temel bir adımdır.Süresel malzemeler, uygun bir şekilde, nadiren pratik elektronik için gerekli olan elektrik performansı sunar. Termal sintering, elektrot kaplama, elektrot kaplama, lazer ekleme ve kimyasal azaltım her biri, yüksek performanslı elektriksel bağlantıları dramatik bir şekilde artırmak için farklı yollar sağlar ve uygulama alanını genişletir.
Baskı malzemeleri daha sofistike ve post-işlem araçları daha uygun ve entegre hale gelirken, 3D basılı elektronik ve geleneksel olarak üretilen devreler arasındaki boşluk, bu teknikleri iş akışlarından dahil eden mühendisler, tasarım özgürlüğünü, hızı ve bu katkıyı sadece yazdırılabilir ancak gerçekten işlevsel olmayan devreler üretecektir.