Nová generace flexibilních rolovatelných displejů a tenkovrstvých senzorů je postavena na revolučním substrátu: skle, které je tenčí než lidský vlas, dostatečně flexibilní, aby se dalo ohýbat, a přesto dokonale průhledné. Elektronické obvody na tomto "vrbovém skle" jsou potištěny speciálním vodivým stříbrným nebo měděným inkoustem na nanočástice. Tento inkoust musí být sintrován-zapečen při přesné a šetrné teplotě-, aby se kovové částice spojily do pevné vodivé stopy, aniž by došlo k roztavení, deformaci nebo popraskání křehkého, ultratenkého skla. Vyhřívaná deska, která provádí toto jemné tepelné vytvrzování, je šetrným, horkým stupněm pro elektroniku budoucnosti.

Proces: Slinování vodivých inkoustů na flexibilním skle

Jak se používá vyhřívaná deska

Potištěná pružná skleněná tabule se umístí na rovnou vyhřívanou desku. Deska, často vyrobená z materiálu s velmi nízkým koeficientem tepelné roztažnosti (jako je Invar nebo sklokeramika jako Zerodur), poskytuje dokonale rovnoměrné teplotní pole, typicky mezi 150 stupni a 250 stupni. Toto jemné, rovnoměrné teplo spéká inkoust, aniž by došlo k tepelnému šoku nebo deformaci skla. Povrch desky musí být dokonale hladký a bez částic; často je potažena nepřilnavou vrstvou PTFE, aby se zabránilo přilnutí tištěného vzoru a usnadnilo se snadné odstranění vytvrzeného substrátu. Výsledkem je flexibilní, průhledný a plně funkční elektronický obvod na substrátu, který lze stotisíckrát ohnout bez porušení.

Rozhodující role tepelné stejnoměrnosti a stability

Deska je dokonale ploché, tepelně šetrné a ultračisté lože, které vypaluje obvodový vzor na skle tenčí než papír. Thevyhřívaná deska s vodivým inkoustem flexibilní sklovýrobní proces vyžaduje extrémní rovnoměrnost teploty na celém povrchu desky-obvykle v rozmezí ±2 stupně. Jakékoli místní horké místo by mohlo sklo zdeformovat nebo příliš slinovat inkoust, zatímco studené místo by inkoust zanechávalo podslinované a nevodivé. Konstrukce desky s nízkou tepelnou roztažností zajišťuje, že se rovinnost se stoupající teplotou nemění a udržuje těsný kontakt mezi sklem a povrchem desky. Vibrace a mechanické rázy jsou minimalizovány montáží desky na aktivně tlumený rám, protože jakýkoli pohyb během slinování může rozmazat jemné vodivé stopy.

Poznámka k procesu: Atmosféra inertního plynu pro inkousty obsahující nanočástice mědi

Pokud vodivý inkoust obsahuje nanočástice mědi (které nabízejí nižší cenu a vyšší vodivost než stříbro), je uvnitř slinovací komory vyžadována atmosféra inertního plynu-jako je dusík nebo argon-. Měď při zvýšených teplotách rychle oxiduje a na povrchu nanočástic vytváří nevodivou vrstvu oxidu mědi. Tato oxidace zabraňuje správné fúzi částic a drasticky zvyšuje elektrický odpor. Vyhřívaná deska je proto uzavřena v komoře, která je před a během slinovacího cyklu propláchnuta vysoce čistým dusíkem (obsah kyslíku pod 50 ppm). Stejná inertní atmosféra také chrání pružný skleněný substrát před namáháním způsobeným vlhkostí. U inkoustů na bázi stříbra je dusíková atmosféra volitelná, ale často se stále používá k zajištění čistého prostředí bez kontaminace.

Technická přesnost: Pevná regulace teploty a izolace vibrací

Okno teploty slinování

Teplota slinování je kritická a musí být řízena v rámci velmi těsného okna, typicky ±2 stupně. U inkoustů s nanočásticemi stříbra je optimální teplota slinování mezi 150 stupni a 200 stupni; u měděných inkoustů je o něco vyšší, kolem 200–250 stupňů, aby se kompenzovala žáruvzdornější povaha mědi a přitom zůstala pod teplotou skelného přechodu jakýchkoli polymerních krycích vrstev. Vyhřívaná deska je vybavena několika zabudovanými termočlánky (často jeden na 100 cm² plochy) a PID regulátorem, který reguluje elektrická topná tělesa (např. topná tělesa nebo topná tělesa z leptané fólie) rozmístěná po zadní straně desky.

Vibrace a mechanická izolace

Deska musí být navržena tak, aby minimalizovala jakékoli vibrace nebo mechanické rázy. Dokonce i vibrace v mikroměřítku (amplituda nad 0,5 µm) během procesu slinování mohou způsobit nerovnoměrný tok tekutého inkoustu, než ztuhne, což má za následek rozbité stopy nebo sníženou ostrost hran. Proto je sestava desky oddělena od vibrací budovy pomocí pneumatických izolátorů nebo aktivních piezoelektrických tlumičů. Celý topný stupeň je umístěn na masivním žulovém podstavci, aby absorboval nízkofrekvenční rušení.

Závěr: Umožnění budoucnosti flexibilní elektroniky

Vyhřívaná deska je jemný, přesný tepelný nástroj, který spéká elektronické obvody na revoluční flexibilní skleněné substráty, což umožňuje novou generaci ohebných, nerozbitných displejů a senzorů. Poskytováním dokonale rovnoměrného nízkoteplotního tepla v přísně kontrolovaném prostředí bez vibrací a (v případě potřeby) inertní deska přeměňuje tištěné nanočásticové inkousty na spolehlivé, vysoce vodivé kovové stopy, aniž by došlo k poškození ultratenkého skla. Budoucnost flexibilní elektroniky se peče na sklo dokonale plochým, teplým talířem-tiše, přesně a bez jediné praskliny či deformace.