Метод запропонований фірмою "Интернешнл комп’ютер"

Фірма "Интернешнл комп’ютер" розробила метод виготовлення друкованих плат, у якому замість звичайної мідної фольги використаються більше дешеві струмопровідні матеріали, зокрема полімери діацетилена. Розроблено технологію вирощування великих кристалів полідиацетилена, які мають оптичні властивості в одному напрямку і є по природі металевими, що дозволяє виготовляти з них провідники. У початок і кінець молекули діацетилена можна вводити гідрофобні групи, завдяки чому при нанесенні тонкої плівки неполімеризованного діацетилена на водну поверхню гідрофільний кінець молекули опускається вниз, а гідрофобний кінець вигинається нагору, і така плівка піддається полімеризації. Полімеризація виробляється УФ опроміненням при накладенні на плівку фотонегатива з малюнком друкованої плати. Після опромінення мономірна неопромінена частина плівки розчиняється в ацетоні. У такий спосіб після . промивання експонованої плати в ацетоні на ній залишається лише малюнок з полімерної плівки товщиною в кілька молекул.

Метод запропонований Фірмою «Дюпон»

Одним з вартої уваги досягнень в області друкованого монтажу є метод виготовлення друкованих плат запропонований Фірмою Дюпон (США) (латентне магнітне зображення малюнка друкованої плати). Метод нагадує друкування газет на ротаційній машині й дозволяє виготовляти заготівлі друкованих плат без застосування фоторезисту й процесів фотолітографії. На першому етапі процесу здійснюється перенос малюнка друкованої схеми на гнучкий трафарет. На поверхню гнучкого трафарету заздалегідь нанесене покриття з попередньо намагніченого матеріалу. Експонування здійснюється за допомогою УФ ламп, які сканують поверхня трафарету. Ділянки трафарету, не захищені фотошаблоном, під впливом випромінювання гублять свою первісну намагніченість. Таким чином, на гнучкому трафареті утвориться сховане (латентне) магнітне зображення малюнка друкованої плати. Другий етап , на якому малюнок переноситься із гнучкого трафарету на фольговану основу, принципово відрізняється від традиційного процесу виготовлення друкованих плат. Гнучкий трафарет з латентним зображенням малюнка друкованої схеми закріплюється на барабані. При обертанні барабана гнучкий трафарет занурює в резервуар зі спеціальною пастою. Склад пасти такий, що прилипає до тих ділянкам гнучкого трафарету, на яких збереглася попередня, намагніченість. Таким чином, латентне зображення переходить у видиме зображення малюнка, нанесене на трафарет. Для переносу малюнка із трафарету фольгована основа прокочується між барабаном і притискним валиком. Максимальний формат оброблюваних плат 460x610 мм. Продуктивність методу 300 відбитків у годину. Метод забезпечує створення малюнка із шириною ліній і проміжків між ними 350 мкм. Точність відтворення: малюнка 10 мкм.

Лекція №17 Струменевий друк як спосіб виготовлення електронних плат

Одним з передових підходів до виготовлення електронних пристроїв є розробка компанії Seiko Epson. У листопаді 2004 року під час спеціальний організованій прес-конференції в Токіо фахівці Seiko Epson представили першу в світі, згідно їх твердженню, надтонку багатошарову мікроелектронну плату (мал. 1.42), яка виготовлена із застосуванням методу струменевого друку.

мал. 1.42

Продемонстрована Seiko Epson друкарська (у всіх сенсах цього слова) плата володіє розмірами всього 20x20 мм, а товщина її дорівнює лише 200 мкм. Дана розробка є часткою дослідницького проекту, розрахованого на три роки (реалізація його зачалася в червні 2003 р.). Учасники проекту ставлять перед собою дві основну мету: по-перше, добитися істотного зниження енергоємності процесу виготовлення друкарських плат, по-друге, створити мініатюрні, легені, високопродуктивні плати, придатні для використання в кінцевих пристроях, зокрема в обчислювальному і комунікаційному устаткуванні. Впродовж вже багатьох років для розміщення мідних з'єднань на багатошарових платах застосовується метод фотолітографії. Проте стає все важчим виготовляти так само мініатюрні і швидкі, але в той же час дешеві плати, оскільки згаданий метод вимагає постійного зменшення товщини мідних шарів, створення окремої фотомаски для кожного з них, формування електричних з'єднань між шарами (що само по собі є вельми складним процесом) і, нарешті, великої кількості різних хімічних компонентів і реактивів - фоторезиста, проявника, травників, обезбарвлюючих засобів і тому подібне В той же час технологія струменевого друку має безліч переваг порівняно з фотолітографією. Так, вона передбачає використання набагато меншого об'єму матеріалів, а сам процес є "сухим", тобто не відбувається забруднення повітря шкідливими рідинами. Окрім цього, процедура виготовлення плат за допомогою струменевого друку складається з меншого числа кроків і легко адаптується до різних типів пристроїв (оскільки не застосовуються фотомаски), що особливо важливе, коли необхідно випускати малі партії плат різній конструкції. Нарешті, дана технологія оптимально личить для роботи з багатошаровими структурами, оскільки межслойные з'єднання можуть бути безпосередньо нанесені на плату. Одним словом, струменевий друк дозволяє проводити багатошарові плати високої щільності, що мають малу вартість, причому - без якого-небудь збитку для навколишнього середовища.

Якщо говорити безпосередньо про розробку, продемонстрованою Seiko Epson, то це 20 шарова плата розміром 20x20 мм і товщиною 200 мкм (без врахування твердої підкладки). При формуванні топології з'єднань на ній застосовувалися два типи чорнив - що ізолюють і провідні. У останніх містяться мікрочастки срібло, діаметр якого складає від декількох до десятків нанометрів. Слід зазначити, що в майбутньому планується використовувати і інші провідні матеріали, у тому числі алюміній, нікель і магній - це повинно сприяти ще більшому зниженню вартості "віддрукованих" плат. Розміри поперечного перетину з'єднань в показаній платі рівні 50x4 мкм (відповідно ширина і висота), а мінімальна відстань між ними - 110 мкм. В майбутньому інженери компанії розраховують довести товщину з'єднань 15 мкм. Спільна протяжність ліній зв'язку в представленій платі близько 5 м.

До постачань дослідних зразків плат, що випускаються методом струменевого друку, Seiko Epson планирует приступити в 2006 р., а зачати комерціалізацію даної технології в 2007 р.

В процесі виготовлення плат методом струменевого друку використовується два види чорнив - провідні і ізолюючі, при цьому в разі багатошарових плат (мал. 1.43) формування електричних з'єднань між шарами не представляє особливої проблеми на відміну від вживаної в даний час технології фотолітографії. Плюс до всього, новий метод дозволяє легко перемкнутися з однієї конструкції плат, що випускаються, на іншу. Аналогічні розробки ведуться фірмою Е lnk, яка була заснована в 1997 р. групою співробітників лабораторії Media lаЬ Массачусетського технологічного інституту на чолі з Джозефом Джекобсоном.

Роботи в даному напрямі просуваються вельми успішно. Близько року тому Е lnk удалося привабити до розробок компанію Lucent Technology, і ось ними представлений перший прототип гнучкого дисплея.

Рис, 1.43 Пошарове нанесення шарів на плату.

Даний пристрій має видиму область майданом 25 кв. дюймів і містить декілька сотень пикселів. Основою його служать дві новітні технології - власне електронне чорнило від Е Ink, а також "пластикові транзистори" від Bell Labs (остання технологія передбачає створення інтегрованих схем на основі пластичних матеріалів). Технологія Е lnk передбачає використання двобарвних сферичних мікрочасток, за рахунок зміни, орієнтації яких і формується зображення (основою її служать результати досліджень, що проводилися в центрі Xerox PARC ще в 70-х роках).

Сфера потенційного вживання подібних дисплеїв дуже широка - ноутбуки

електронні книги, кишенькові пристрої і тому подібне Нижче представлений термочутливий елемент, надрукований за допомогою звичайного струменевого принтера (див. рис 1.44).

На цьому учені зупинятися не збираються. Їх нова мета -зробити технологію, яка дозволила б виготовляти мікросхеми методом звичайного друку.

Мал. 1.44 Термочутливий елемент, надрукований за допомогою звичайного струменевого принтера.

Ідея полягає в тому, щоб проводити чіпи шляхом напилення на підкладку спеціального "напівпровідникового" чорнила. До теперішнього часу в Мit Media Lab вже змогли знайти спосіб отримання рідини з необхідними властивостями, що складається з агрегатів розміром приблизно 100 атомів кожен. Як вважають дослідники, цього цілком достатньо, щоб "друкувати" структури з характерними розмірами порядка 200 нм, що вже порівнянно з рівнем інтеграції сучасних мікросхем. Більш того, фахівці Media Lab вважають, що задумана ними технологія дозволить зрештою отримувати не лише окремі мікросхеми, але і пристрої, якщо можна так виразитися, великих масштабів, аж до закінчених обчислювальних систем. Над проблемою дослідження в області "друкарських" мікросхем працює і лава інших дослідницьких лабораторій, але їх розробки засновані на вживанні органічних полімерів. Однією з головних переваг таких матеріалів є їх дешевизна, але річ у тому, що вони спочатку мають обмеження в плані нарощування швидкості чіпа, В той же час група Джекобсона пропонує використовувати рідкі суспензії ("чорнила") на основі неорганічних напівпровідників, подібних тим, з яких виготовляються мікропроцесори, і що дозволяють досягти значної продуктивності.

Окрім таких очевидних переваг як дешевизна, простота і прудкість виготовлення описаний підхід має ще і цілу лаву інших достоїнств. Зокрема, напилення проводиться при температурі не вище 300 градусів Цельсія, що дозволить використовувати як підкладку легкоплавкі матеріали, насамперед все той же пластик.

Висновок

Завдяки простоті і дешевизні провідних полімерів їх використання в електроніці здатне спричинити серйозні зміни в самій ідеології напівпровідникової галузі, зробивши можливим перенесення в неї, ні більше, ні менше, моделі відкритого коду: той, що практично кожен бажає зможе брати ту або іншу мікросхему, вносити до неї корективи і друкувати.