Новые технологии. Токопроводящий пластик


СОДЕРЖАНИЕ:

Графен помог создать легкий токопроводящий композит

Схема получения композита на основе графена и углеродных нанотрубок

Ученые из Университета Райса разработали токопроводящий композиционный материал на основе графена. По сравнению с другими композиционными материалами с добавлением никеля или углеволокна, способными проводить электричество, композит на основе графена имеет бо́льшую жесткость, лучшие токопроводящие свойства и небольшую массу. Подробности о новом материале опубликованы в ACS Nano, а краткое изложение работы ученых приводит издание Nano Werk.

При производстве современной электроники нередко необходимо использовать легкие токопроводящие композиционные материалы. Они могут применяться, например, для экранирования электроники или создания сложных многослойных плат. Токопроводящие свойства композитов можно регулировать добавлением проводящих электричество материалов, обычно углеволокна или металлической пыли. Увеличение доли таких добавок в конечном итоге может приводить к увеличению массы композита или даже существенному ухудшению его прочностных характеристик.

Исследователи предложили вместо традиционных основ для композитов использовать графен. Для производства нового композиционного материала исследователи использовали смесь полиакрилонитрила (традиционно применяется для производства углеволокна) и порошка никеля. Эту смесь затем спрессовали и нагрели до температуры, при которой полиакрилонитрил через цепочку реакций превратился в графен. После нагрева никель из заготовки вытравили химическим способом. В итоге ученые получили графеновую губку, полости которой затем в вакуумной камере заполнили полимером.

Получившийся композиционный материал по массе не отличался от обычного углеродного композита, но имел существенно большую токопроводность, которая составила около 14 сименсов на сантиметр. Позднее во время экспериментов исследователи добавили к графеновой губке углеродные нанотрубки, после чего залили ее полимером в вакуумной камере. В итоге получился композиционный материал с электрической проводимостью равной 41 сименсу на сантиметр.

В конце апреля текущего года исследователи из Великобритании представили бетон с добавлением графена, прочностные характеристики которого оказались существенно выше характеристик обычного бетона. Композит оказался на 146 процентов прочнее на сжатие, а его теплоемкость была на 88 процентов выше. Ученые создали образцы нового бетона, смешав суспензии графена с портландцементом, мелким песком и десятимиллиметровым заполнителем.

Новый пластик проводит электричество

24 февраля 2011

Пластик плохо проводит ток – это всем известно. В конце концов именно пластик часто используют в качестве изоляции. Тем не менее представьте, как здорово бы было, если бы всё было наоборот? И это, похоже, произошло: учёные говорят, что им удалось получить новый пластик, проводимость которого не уступает проводимости металлов.

Впрочем, конечно, без металла не обошлось: исследователи положили тонкую металлическую полоску на пластмассовую подложку и с помощью ионного луча получили полимерный материал, который проводил электричество. Таким образом, учёные обнаружили метод, который позволит производить дешёвые, сильные гибкие и при этом проводящие пластиковые плёнки.

По словам одного из авторов открытия, профессора Пола Мередита из Университета Куинсленда, команда исследователей использовала ионный луч, чтобы изменить свойства пластиковой плёнки так, чтобы она проводила электричество. Также этот материал, будучи охлаждённым до достаточно низкой температуры, может служить даже сверхпроводником.

Другой участник исследования, профессор Адам Миколич, поясняет, что материал обладает всеми свойствами полимеров – такими, как гибкость, прочность и доступность. То, что большая часть современных проводящих ток материалов не обладают такими свойствами, делает новый ещё более важным изобретением.

3D-печать в радиоэлектронике

3D принтер несомненно отличное устройство, для многих ставшее незаменимым. Но часто в поисках новых сфер применения 3D печати люди заходят слишком далеко. Давайте сегодня затронем тему производства печатных плат и корпусов РЭА с применением 3D принтеров.

Для начала рассмотрим все методы создания печатных плат (далее ПП).

Производство ПП

Любители радиоэлектроники часто мечтают о неком устройстве для производства печатных плат дома. Безусловно, существует великая технология “ЛУТ” (лазерно-утюжная технология), а также классический фоторезист. Но часто лень со всем этим возиться, хочется чтобы кто то сделал все за тебя.

И есть несколько направлений по созданию ПП:

  • Удаление токопроводящего слоя. Фрезеровка или скобление медного слоя стеклотекстолита
  • Удаление защитного слоя с поверхности стеклотекстолита
  • Засветка фоторезиста
  • Нанесение защитного слоя на стеклотекстолит
  • Непосредственная печать токопроводящих и диэлектрических дорожек на поверхности разных материалов
  • Заполнение полостей токопроводящим материалом

Удаление токопроводящего слоя. Фрезеровка или скобление медного слоя стеклотекстолита

Этот метод наиболее простой, и имея даже очень хлипкий и дешевый фрезер справиться с этой задачей. Многие энтузиасты даже ставят маленький гравер на свои 3D принтеры и успешно фрезеруют ПП. (забегая вперед, скажем, что фрезер на основе 3D принтера способен только на фрезеровку ПП, не более того. Фрезерный станок и 3D принтер это разные устройства, хотя многие производители пытаются их объединить).

Размер рабочего поля: 305 x 230 х 40 мм; Мощность шпинделя: 50 Вт, 20000 об/мин; Количество осей: 3

EGX-350 самый популярный из линейки гравировальных станков Roland. Благодаря компактным размерам, возможности выполнять полноценную гравировку по цветным металлам, высокоскоростному шпинделю с частотой вращения до 20 000 об/мин, и функции гравировки по искривленным поверхностям, EGX-350 находит применения в различных областях от изготовления полиграфических клише, гравировки рекламно-сувенирной продукции, создания восковых мастер-моделей в ювелирном деле, а также применеяется в машиностроении для маркировки, гравировки печатных плат и электродов для электроэррозии и многого другого.

Размер рабочего поля: 407 x 305 x 42,5 мм; Мощность шпинделя: 72 Вт, 30000 об/мин; Количество осей: 3

EGX-400 – профессиональный гравировальный станок Roland, созданный специально для высокоскоростной гравировки. Благодаря высокоскоростному шпинделю с частотой вращения до 30 000 об/мин, серводвигателям по всем осям и технологии FFP (Feed Forward Processing) просматривающей программу на несколько шагов вперед и позволяющий достичь высокой скорости и плавности перемещения на кривых Roland EGX-400 является лидеров в своем классе

Размер рабочего поля: 610 x 407 x 42,5 мм; Мощность шпинделя: 70 Вт, 30000 об/мин; Количество осей: 3

EGX-600 — это мощный и высокоточный гравировальный станки Roland серии CAMM-2 PRO с сервоприводами для профессиональной 2D/3D гравировки и фрезерования по доступной цене. EGX PRO — серия гравировальных станков, оснащенная передовыми промышленными технологиями с мощностью, размерами стола и скоростью профессиональных гравировальных машин, но по доступным ценам. EGX-600 оснащен шпинделем мощностью 70 Ватт и скоростью вращения 30’000 об/мин. Станки EGX-600 идеально подходят для изготовления высокоточных типографских штампов для тиснения и конгрева. Кроме того станки гравируют именные таблички, бирки, медальоны, трехмерные надписи, приборные панели, печатные платы и многое другое.

Как видно, станки не самые дешевые, и мало кто из радиолюбителей смогут их себе позволить. Но все же инструкция для подготовки схемы к фрезеровке в этой статье: “Печатная плата дома, или как изготовить печатную плату дома с использованием станка ЧПУ.”

Одним фрезером данный метод не ограничивается, также можно использовать достаточно мощный лазер для прожига дорожек, либо процарапать дорожки иглой. А также использовать метод электроэрозии.

Лазерная гравировка ПП

Последний способ достаточно спорный и больше подходит для следующего метода.

Удаление защитного слоя с поверхности стеклотекстолита

Как раз метод удаления краски при помощи иглы продемонстрировано в данном видео:

В качестве защитного слоя используется перманентный маркер, а сам станок ни что иное, как 3D принтер.

Точно так же можно использовать любой лазерный модуль, для прожига верхнего защитного слоя, с последующем травлением.

Засветка фоторезиста

Казалось бы данный метод давно известен и что можно придумать нового? Но и здесь к нам на помощь приходит любое устройство с ЧПУ. Ведь лазером можно не только прожигать плату или защитный слой, но и засвечивать необходимые участки нашей платы с фоторезистом. Вот несколько проектов для примера:

LaserExposer — для получения изображения используется лазерная развертка от принтера. если совсем немного поколдовать, можно из этого устройства сделать хороший фотополимерный 3D принтер.

DiyouPCB — в данном случае механика и электроника попроще. Но использован все тот же принцип. Лазерный диод взят из головки BlueRay привода.

Нанесение защитного слоя на стеклотекстолит

Данный метод можно назвать одним из самых простых, вместо гравера, лазера или печатающей головки прикрепляем обычный перманентный маркер и рисуем нашу плату. Несмотря на простоту таким способом очень сложно развести плату с тонкими дорожками, все ограничение в толщине стержня маркера.

Не стоит забывать о нашем старом друге, обычном струйном принтере для бумаги, многие переделывают старую технику под печать на футболках, или печатных плат. Подробнее читайте в статье ”Прямая струйная печать шаблона печатных плат”.

Непосредственная печать токопроводящих и диэлектрических дорожек на поверхности разных материалов

Наиболее близкий к теме 3D печати метод создания ПП и в некоторых случаях сразу корпуса. Давайте начнем с наиболее простых устройств:

Рисование на поверхности текстолита позволяет не только нанести защитный слой, но и “распечатать” токопроводящий.

Как известно графит является проводником, что позволяет на листе бумаги нарисовать печатную плату. Да, графит не лучший проводник и почти наверняка такая плата не будет работать, но карандаш можно заменить на маркер с серебряными чернилами, как это было реализовано в принтере Ex1 PCB

И подходя совсем близко к 3D принтерам, хотим вам представить два похожих проекта:

Voltera: Your Circuit Board Prototyping Machine — устройство, которое способно печатать токопроводящей пастой или наносить припой для запекания в печи.

Voxel8 — это устройство использует тот же принцип нанесения проводников, но сразу печатает вокруг них корпус. Получается некая интегральная схема. Потенциал данной технологии компания продемонстрировала на примере печати маленького квадрокоптера. Несомненно данный подход может открыть новые горизонты для создания сложных многомерных схем и целых устройств, но пока что эта методика имеет ряд ограничений. Например достаточно большой монтаж и толстые, объемные дорожки, нельзя применять паяльник.

К слову, не стоит сбрасывать со счетов токопроводящие пластики, а на двухсопельном принтере вполне можно печатать пластиковые схемы, вполне подходящие для обучения.

Заполнение полостей токопроводящим материалом


И последний метод, слегка топорный, но имеет место быть. Он не позволяет получать тонкие и компактные платы, либо многослойные. А также полностью исключает воздействие высоких температур, паять их нельзя.

Как видно дешевый домашний принтер вполне успешно можно использовать для изготовления ПП, переделав его в гравер (лазерный или фрезерный), или непосредственно печатать платы пластиком или пастой. Стоит обратить Ваше внимание на то, что все перечисленные методы не позволяют в полной мере изготавливать многослойные ПП, что является камнем преткновения для многих радиолюбителей. Надеемся, что вскоре эта проблема будет с успехом решена.

Что ж, на этом применение 3D принтеров не заканчивается.

Корпуса РЭА

Если с ПП все более менее понятно, и даже не имея навороченные устройства для автоматического создания плат, всегда можно вернутся к ЛУТ. То с корпусами для устройств часто возникают проблемы. Безусловно существуют стандартные корпуса РЭА, но далеко не всегда они подходят для самоделок, для них требуется четко соблюдать размер платы и элементов, что не всегда удобно. Также не стоит забывать об эстетической стороне вопроса. В данном случае нам идеально помогает обычный FDM 3D принтер. Вопрос только в том, любой ли принтер подходит для данных задач.

В ходе подготовки статьи своим опытом любезно поделился tiger. далее с его слов:

“Однажды у меня был опыт досконально познакомиться с данным вопросом. На фирме дали задачу разработать корпус РЭА в виде божьей коровки с дальнейшим изготовлением пресс-формы для ТПА. Как вы понимаете задача та еще, данный корпус должен был быть похож на коровку, при этом необходимо было уместить стандартную квадратную плату внутрь корпуса. Процесс моделирования не занял долго времени, но на этапе создания опытного экземпляра возникла неожиданная проблема. В тот момент наш stratasys dimension сломался и пришлось заказывать печать на стороне. напечатали нам данный корпус из ПЛА пластика с нерастворимыми поддержками, и толстым слоем. Пришлось наносить шпаклевку и долго доводить модель вручную.

Потом конечно мы распечатали остальные модели на отремонтированном stratasys, и полностью закончили с проектированием корпуса. В дальнейшем 3D модель отправилась на завод. где уже изготовили пресс форму.

Из данного рассказа видно, что далеко не все модели корпусов печатаются без проблем, и часто печать с растворимыми поддержками просто необходима. Для подобных изделий идеально подойдет Picaso Designer PRO 250.

Так например данный экземпляр корпуса напечатанный на Picaso Designer Pro250 двумя материалами ABS+HIPS.

Согласитесь, качественная печать подобных сложных инженерных деталей без растворимой поддержки практически невозможна.

Большая партия держателей визиток, которые также с успехом могут быть применены как “третья рука” для проводов. Как видим одними корпусами для РЭА 3D принтеры не ограничиваются.

Для любителей вэйпинга 3d принтер также может пригодиться при конструировании самодельных бокс модов.

Также не стоит забывать о таких элементах корпусов, как защелки, тонкие перегородки и т.п. Данные элементы даже совершенные FDM принтеры печатают не идеально, и они не могут выдержать тех нагрузок, которые выдерживают литые детали. В этом случае спасает ситуацию SLA принтеры, например всем известный Form 2. А используя выгораемые фотополимеры можно отлить корпус вашего изделия из металла (даже драгоценного).

На данном снимке справа оригинальная деталь от наушников ligitech, как видим сломаны как раз тонкие защелки. Данная делать была отсканирована и распечатана на 3D принтере Formlabs Form2.

Не стоит забывать еще и о том, что изделия напечатанные на фотополимерном принтере Formlabs Form2 практически не требуют постобработки, вы сразу получаете изделие непревзойденного качества. Данный принтер позволяет создавать мастер модели для литья корпусов без дополнительной обработки, как пример распечатанный нами корпус в максимальной детализации:

С последующем литьем в силикон:

И еще несколько корпусов. Не зная заранее, мало кто отличит данные изделия от заводских.

Стоит также отметить, что существуют разные полимеры, отличающиеся по физическим, химическим и оптическим свойствам. Так мы сразу можем печатать некоторые части устройств прозрачными.

Хотите больше интересных новостей из мира 3D-технологий?

Токопроводящий пластик для 3d принтера

Назначение токопроводящего пластика для 3D-принтера

Использование токопроводящего материала – необходимость при изготовлении различных деталей электронных приборов. Это могут быть такие элементы, как антистатический (электромагнитный) экран, печатные платы, детали радиотехнических приборов. В сфере аддитивных технологий в качестве токопроводящего пластика для 3D-принтера применяется ABS-полимер, в состав которого добавлены антистатические компоненты. Токопроводящий пластик для 3D-принтера имеет эксплуатационные характеристики, аналогичные стандартному АБС. Исключение составляет лишь цветовой диапазон: если обычный ABS-пластик можно купить в большом разнообразии цветов, то кондуктивный выпускается только в черном варианте.

Токопроводящий пластик стал настоящей находкой для радиолюбителей. С его помощью можно создать на 3Д-принтере даже сложные электронные устройства.

В широком ассортименте материалов для 3Д-печати интернет-магазина «Векторус» данный вид пластика представлен по разумной цене. Продукция, которую мы реализуем, изготовлена надежными и проверенными производителями, поэтому она гарантированно выполняет свои функции.

Новости химической науки > Пластик в роли проводника

Пластик, проводящий электрический ток, и металл, плотность которого меньше плотности воды. Может показаться, что это бессмыслица, однако исследователи смогли разработать дешевый способ производства токопроводящего пластика.

Гибридный материал металл-пластик в виде гранул и брусков. Токопроводящий материал можно пластифицировать (размягчить) и использовать для получения электрической схемы. (Рисунок: © Fraunhofer IFAM)

Различия между пластмассами и металлами разительны. Пластмассы обычно легки и дешевы, однако являются изоляторами электрического тока. Металл обладает электропроводностью и эластичностью, однако, как правило, дороже пластмасс и обладает большой плотностью. До настоящего времени исследователи не могли скомбинировать полезные свойства этих материалов.

Исследователи из Института Технологии и Наук о Материалах (IFAM) Бремена разработали способ, позволяющий комбинировать свойства металла и пластмассы, для обработки нового материала нет необходимости использовать дополнительное оборудование.

Самая сложная задача, которую пришлось решать исследователям – заставить пластик проводить электричество. До настоящего времени эта задача решалась единственным способом – с помощью многостадийного процесса, в результате которого металлические токопроводящие элементы крепились к основе из пластика.

Каждый электрик должен знать:  Тепловые реле - устройство, принцип действия, технические характеристики

Химики из Германии предложили более простое решение – создание композитного материала. В результате «смешения» металла и пластмассы получается гомогенный легкий токопроводящий материал. Новый композит обладает химической стабильностью и низкой плотностью пластмассы в сочетании с электро- и теплопроводностью металла.

Источник: Fraunhofer-Gesellschaft press-release

Комментарии к статье:

Вы читаете текст статьи «Пластик в роли проводника»

Пластик для 3D печати Токопроводящий пластик

Токопроводящий пластик

Появление этой разновидности пластика для печати на 3D принтерах поистине можно считать весомым прорывом в области 3D моделирования. За основу при производстве берется смола и углеродное волокно. Пластик Conductive сам по себе выглядит чрезвычайно привлекательно, имея матовый черный глубокий цвет. Но само собой, основное преимущество составляет не только его красота.

Пластик Conductive является токопроводящим материалом. Он не вступает в реакцию со смазочными материалами, с различными щелочами и растворами. У пластика отличные коэффициенты ударопрочности. Благодаря добавлению антистатических примесей материал не электризуется и в процессе плавления к нему не пристает пыль. Хорошо подходит для изготовления предметов с высокой детализацией, так как имеет свойство сохранять форму в процессе печати.

При работе с пластиком Conductive желательно использовать подогреваемую до 110 градусов платформу, с целью избежать деформации изделий в процессе нагрева. Сопротикление пластика 30 Ом/кВ см

Именно благодаря высоким токопроводящим показателям, пластик Conductive широко используется в области радио- и электротехники. На его основе изготавливаются пульты дистанционного управления, рубильники, выключатели, различная бытовая и оргтехника.

Пластик произведен в России компанией PrintProduct.

Металлизации пластмасс: разновидности технологий и их особенности

Металлизация пластика, которая выполняется преимущественно электрохимическим методом, позволяет значительно усилить устойчивость полимерных материалов к механическим повреждениям, воздействию высокой влажности и повышенной температуры. Немаловажным является и то, что изделия, для изготовления которых был использован металлизированный пластик, весят значительно меньше, чем аналогичные детали из чистого металла.

Хромированный пластиковые детали автомобиля — распространенный пример металлизации пластмассы

Химическая металлизация пластмасс активно используется для производства световых фильтров, катализаторов, печатных плат, заготовок для дальнейшей гальванизации, а также многого другого.

Как выполняется металлизация изделий из пластика

Такие разнородные материалы, как металл и пластик, имеют различные коэффициенты теплового расширения. В связи с этим при нанесении слоя металла на полимерный материал не избежать возникновения внутренних напряжений, стабилизировать которые позволяет подслойная поверхность. Для ее создания обычно используют медь. Когда предварительное меднение пластикового изделия выполнено, на него наносится финишный слой никеля или хрома.

Структура покрытия, полученного в результате металлизации пластика, может формироваться из нескольких слоев, в качестве которых могут выступать:

  • блестящий медный слой;
  • медный слой с матовой поверхностью;
  • полублестящий никелевый слой;
  • никелевый слой с блеском;
  • никелевый слой с матовой поверхностью;
  • конверсионный слой.


Типы наносимых на пластик многослойных гальванических покрытий

Наносимый на пластиковое изделие металлизированный слой может иметь не только различную структуру, но и различные декоративные характеристики. Так, это может быть покрытие велюрового, блестящего, осветленного, патинированного, черненого и других типов. Выполняют металлизацию пластика не только для улучшения его декоративных характеристик, но также для того, чтобы продлить срок его эксплуатации. В частности, никель, нанесенный на пластиковое изделие, обжимает его поверхность, тем самым способствуя ее укреплению.

В зависимости от того, для чего осуществляют металлизацию пластика, выполняют ее с применением электролитических растворов различного типа. Такими растворами могут быть:

  • электролиты для выполнения блестящего меднения;
  • электролитические растворы для покрытия поверхности пластиковых изделий никелем;
  • растворы, при помощи которых создаются покрытия с вкраплением твердых частиц, или покрытия велюрового типа.

Никелированные гальваническим способом детали

Металлизировать пластиковое изделие можно не только хромом и никелем, но и цинком и оловом. При помощи пленок из данных металлов, наносимых на пластиковую поверхность после ее пассивирования, обрабатываемая деталь защищается от негативного воздействия повышенной влажности и образования налета.

Поскольку металлический подслой, создаваемый на пластиковой поверхности, отличается не слишком высокой электропроводностью, процедуру электрохимической металлизации пластика проводят с использованием тока небольшой плотности (0,5–1 А/дм 2 ). Если применять ток более высокой плотности, это приведет к возникновению биполярного эффекта, что в свою очередь вызовет растворение подслоя в том месте, где изделие соединено с проводом, подводящим к нему электрический ток. Чтобы не столкнуться с таким негативным явлением, на сформированный подслой наносят дополнительный слой меди или никеля, причем делается это с использованием тока небольшой плотности. Последующую металлизацию пластика выполняют на обычных режимах.

Особенности нанесения металлических покрытий методом гальваники

Металлизацию пластика с помощью гальванического способа проводят в достаточно плотных электролитических растворах. Устойчивое положение обрабатываемым изделиям, находящимся в таких растворах, обеспечивают подвешиванием специальных утяжелителей.

Схема нанесения гальванического покрытия

Чтобы сформировать на поверхности пластикового изделия качественное гальваническое покрытие, необходимо также большее количество контактов, через которые на подслой обрабатываемой детали подается электроток. Перед металлизацией пластика надо выполнить несколько достаточно сложных процедур, которые обеспечат хорошую адгезию пластика с наносимым металлизированным слоем.

Сущность адгезии и влияющие на нее факторы

Адгезия, как известно, является характеристикой качества сцепления разнородных материалов между собой. Чтобы сцепление между пластиковой основой и металлическим покрытием было качественным, прочность покрытия на отслаивание должна соответствовать 0,8–1,5 кН/м, а на разрыв – 14 МПа. Современные технологические методы металлизации пластика позволяют добиваться адгезии, величина которой доходит до 14 кН/м.

На сегодняшний день не существует ни одной теории, которая бы могла точно объяснить все нюансы сцепления разнородных материалов между собой. Если ориентироваться на химическую природу адгезии, то она возникает вследствие химических взаимосвязей разнородных материалов. В частности, при металлизации полимерных материалов такие связи появляются между функционально активными группами, имеющимися на поверхности пластика, и наносимым на нее металлом.

Виды разрушений адгезионных соединений

Существует и молекулярная теория, согласно которой адгезия между разнородными материалами возникает вследствие того, что на межфазной поверхности присутствуют межмолекулярные силы, которые и способствуют сцеплению. По этой же теории, адгезия определяется взаимодействием двух полюсов или возникновением водородных связей между разнородными материалами.

Согласно электрической теории, причиной адгезии является двойной электрический слой, появляющийся при взаимодействии пары тел. В таком слое, который не дает телам отходить друг от друга, формируются электростатические силы притяжения положительных и отрицательных зарядов.

Наиболее признанной среди специалистов является диффузная теория, согласно которой адгезия возникает вследствие формирования межмолекулярных связей между разнородными материалами. В результате на границе соприкосновения двух материалов формируется новый промежуточный слой, и такая граница фактически стирается.

Существует еще и механическая теория, которая объясняет, что адгезия возникает вследствие анкерного сцепления между выступающими частями наносимого покрытия и углублениями в основном материале. В результате такого сцепления образуются так называемые механические замки, которые и обеспечивают адгезию.

Для прочного осаждения металла необходима благоприятная структура поверхности пластика

На качество адгезии при металлизации пластика оказывает влияние целый ряд параметров, к которым следует отнести:

  • прочность пластика;
  • наличие и количество химически активных групп на поверхности пластика;
  • наличие промоторов – стимуляторов адгезии, в качестве которых могут выступать пластификаторы, соединения олова и хрома;
  • отсутствие антипромоторов – элементов, которые могут не только ухудшить качество промежуточного слоя, но даже разрушить его;
  • структура наносимого металла;
  • режимы выполнения металлизации.

Цели металлизации пластмасс

Вакуумный метод

Вакуумная металлизация пластмасс используется для того, чтобы нанести на них нихром или алюминий. Для практической реализации такой технологии, как уже понятно из ее названия, необходима специальная камера, в которой создается вакуум. Наиболее активно вакуумную металлизацию пластика применяют для обработки автомобильных деталей, сантехнических и осветительных приборов, пластиковой фурнитуры различного назначения.

Нанесенному таким образом металлизированному покрытию придают высокую твердость и устойчивость к воздействию повышенной влажности, используя специальные лакокрасочные составы.

Как выполнить металлизацию пластика в домашних условиях

Металлизированный пластик можно получить и в домашних условиях. Для этого применяют несколько распространенных методик. Наиболее популярная и доступная из них – химическая, для ее реализации не потребуется специальное оборудование. При помощи данной технологии на поверхность пластика можно нанести тонкий слой меди или серебра, что придаст готовому изделию исключительную декоративность.

Вне зависимости от выбранного способа металлизации обрабатываемую деталь следует очистить от механических загрязнений

Меднение пластика

Металлизацию пластика при помощи меди выполняют в несколько этапов.

  • Тщательное ошкуривание поверхности, в процессе которого с нее необходимо удалить все выпуклости и другие дефекты. После ошкуривания изделие необходимо обработать абразивным порошком.
  • Обезжиривание поверхности. Изделия, изготовленные из полиакрилатов, обезжириваются перед металлизацией в растворе каустической соды, в который деталь помещается на сутки. Для обезжиривания полиамидных материалов используется обычный бензин.
  • Промывка обезжиренного изделия в дистиллированной воде.
  • Сенсибилизация – процесс формирования на пластике пленки из гидроокиси олова. Для этого изделие на минуту помещают в полупроцентный раствор хлористого олова, на литр которого добавляют 40 граммов соляной кислоты.
  • Активация поверхности, для которой изделие на 3–4 минуты помещают в раствор азотнокислого серебра.
  • После активации изделие на 60 минут погружают в раствор для металлизации, состоящий из следующих компонентов: карбоната меди (200 г/л), 90-процентного глицерина (200 г/л), 20-процентной каустической соды (1 литр). Температура такого раствора для металлизации должна составлять 18–25°.

После выполнения всех этих процедур вы получите на пластиковом изделии красивое медное напыление.

Серебрение пластика

Металлизацию пластика слоем серебра выполняют в следующей последовательности.

  1. Ошкуривание поверхности и ее обработка абразивным порошком.
  2. Промывка изделия мыльным раствором и дистиллированной водой.
  3. Обезжиривание поверхности в растворе, состоящем из ангидрида хрома (100 г/л) и сульфата железа (10 г/л).
  4. Промывка детали в дистиллированной воде.
  5. Сенсибилизация, для выполнения которой используют раствор хлористого олова (2 г/л).
  6. Погружение изделия на 60 минут в раствор, состоящий из следующих компонентов: нитрата серебра (3 г/л), каустической соды (3,5 г/л), 25-процентного аммиака (8 мл/л), глюкозы (2,5 г/л). Температура раствора – 18–25°.

Гальванические серебряные покрытия обладают низкой стойкостью к механическим повреждениям, но хорошо противостоят химическим воздействиям

Если поверхность была недостаточно хорошо обезжирена, то в результате металлизации может получиться покрытие не очень хорошего качества. В таком случае его можно удалить, используя специальный раствор, и повторить всю процедуру заново.

Сформированный на пластике по вышеописанным методикам слой металла лучше всего покрыть защитным лаком. Кроме того, металлизированные таким образом пластиковые изделия можно подвергнуть дальнейшей гальванической обработке (например, выполнить их хромирование или покрыть слоем никеля).

Электропроводящие полимерные покрытия. Методы регулирования электрической проводимости адгезированных полимерных пленок

Электропроводящие полимеры — новый класс полимеров, появившихся сравнительно недавно. В последние годы это направление в полимерной химии стремительно развивается. Традиционные электропроводящие полимерные материалы представляют собой композиции на основе различных полимеров (термо- и реактопласты) и электропроводящих наполнителей (сажа, графит, углеродные, металлические и металлизированные волокна, металлическая пудра) и применяются в антистатических изделиях, электромагнитных защитных покрытиях, высокоомных резисторах, электрических неметаллических нагревателях и токопроводящих лаках. Однако в настоящее время появились новые материалы, в которых электропроводностью обладают уже сами макромолекулы или определенным образом построенные надмолекулярные образования, так называемые «супрамолекулы»-ассоциаты, включающие в свою структуру как органические макромолекулы так и неорганические ионы.

Можно представить три основных варианта переноса электронов в макромолекулярном веществе:

1 — транспорт электронов, осуществляемый окислительно-восстановительными молекулами, играющими роль подвижных переносчиков; транспорт может сопровождаться или не сопровождаться переносом электрона от одного переносчика к другому при их встрече;

2 — «прыжковый» электронный перенос между окислительно-восстановительными группами, связанными с основным молекулярным каркасом или собранными в супра-молекулярный ассоциат за счет нековалентных взаимодействий;

3 — электронная проводимость вдоль системы сопряженных ти-связей, в которую могут входить другие группы, способные к передаче электрона, например напряженные циклические структуры, гетероатомы, имеющие свободные, не участвующие в образовании связей, электроны.

В осуществлении процесса переноса электронов могут участвовать как органические так и неорганические компоненты.

В идеальном случае для полимеров с системой сопряженных двойных связей возможны два типа веществ с сопряженными связями: с зоной, заполненной наполовину (металлическая модель) и с зоной, заполненной полностью — полупроводниковая модель. Во всех случаях удлинение участков сопряжения, реализуемое в полимерах, должно приводить к увеличению проводимости, так как оно сопровождается как уменьшением ширины запрещенной зоны, так и уменьшением числа межмолекулярных барьеров, которые необходимо преодолевать носителям тока при их направленном движении под действием внешнего электрического поля.


Механизм проводимости полимеров должен включать следующие элементы:

— возникновение свободных носителей тока,

— движение этих носителей в области полисопряжения?

— переход носителей от одного участка сопряжения к другому.

Предполагается, что полимер представляет собой электронно-неоднородную систему, в которой области полисопряжения, характеризующиеся металлической проводимостью, разделены диэлектрическими участками. Перенос носителей через диэлектрические прослойки и является активационным барьером. Полупроводниковые свойства полимера должны зависеть от общей протяженности системы сопряженных связей, компланарности структуры основной цепи, природы боковых групп, от наличия в цепи сопряжения гетероатомов, имеющих на внешней орбите электроны, не участвующие в образовании химической связи и др.

Электронная структура молекул полимера с сопряженными связями в невозбужденном состоянии находится в равновесии и их электропроводность, как правило, мала. Чтобы превратить такие полимеры в электропродящие их модифицируют химически или электрохимически — «допируют».

Допирование — это процесс придания полимерам свойств электропроводности. В зависимости от допирующего компонента различают р-допирование, когда допирующий элемент стягивает на себя электроны и n-допирование, когда допирующий элемент отдает электроны. Техника допирования несложна, но имеет свою специфику, так как желательно добиться как можно более равномерного распределения «допанта» (вещества, которым допируют полимер).

Тонкие пленки полиацетилена, например, нанесенные в виде покрытий на полимерную подложку (полиэтилен, стекло и др.) получают погружением носителя в раствор катализатора, в качестве которого может быть использован NaBH4xCo(NO3)2 при температуре -80°, а затем при -30° обработанную подложку вносят в атмосферу ацетилена. При этом полимеризация ацетилена, сорбированного на подложке, происходит за несколько секунд. После удаления катализатора получившуюся пленку полиацетилена обрабатывают допантом (например парами иода). Полученная пленка по внешнему виду напоминает алюминиевую фольгу, а по эластичности соответствует подложке (полиэтилен). Такой полупроводник является полупроводником р-типа (движение (+) зарядов — «дырок» после введения допанта в полимере увеличивается в триллион раз, что и обеспечивает проводимость).

В отличие от ацетилена пиррол (получаемый из каменноугольной смолы) полимеризуется значительно легче электрохимическим способом. Полипиррол образует пленку на одном из электродов ячейки при пропускании через его раствор электрического тока. Допирование полипиррола проводят также электрохимическим методом. Стабилизируют его свойства, осаждая его на ПВХ-пористую мембрану. Использование мембраны обеспечивает свободный ток ионов. Таким путем получают полипиррольные электроды, которые могут использоваться в аккумуляторных батареях.

В результате химического взаимодействия с донорами электронов или акцепторами электронов проводимость указанных выше полимеров с сопряженными двойными связями может достигать проводимости ртути.

Электропроводность электропроводящих полимеров связана с подвижностью электронов в полимерных молекулах, в которых электронное облако, образованное системой сопряженных связей при допировании, приходит в возбужденное состояние. Такое состояние и обеспечивает электропроводность, близкую к металлической.

Проводящие полимеры используются главным образом в качестве антикоррозийного покрытия, для защиты крупных металлических сооружений, например мостов. Допированные полимеры используются в настоящее время в качестве различных антистатических добавок, в частности, антистатический слой из полианилина защищает компьютерные диски, выпускаемые компанией Хитачи. Такие полимеры представляют интерес для антирадарных покрытий, в создании световодов, в мембранных технологиях для разделения полярных жидкостей и газов, для чувствительных газовых и сенсоров, в литографических процессах и фотографии. Процесс допирования и дедопирования полимеров может управляться внешним напряжением, что используется для создания легких аккумуляторных батарей.

Регулирование электрических свойств полимерных материалов

К таким характеристикам, значение которых бывает необходимо регулировать, относятся электропроводность, электрическая прочность, диэлектрическая проницаемость и др.

Электропроводность является обратной величиной электрического сопротивления, которое зависит от объема (rоб) и от поверхности (rпов) образца полимера. Значения величин удельного электрического сопротивления для некоторых полимеров приведены в табл.

Таблица — Значения удельного электрического сопротивления некоторых полимеров

Электропроводность полимеров тесно связана с их химической чистотой. Примеси значительно изменяют этот показатель. Например, содержание влаги в полиамиде в количестве 0,1-1,0 % по массе увеличивает электропроводность в 1000 раз. Аналогичным образом влияют пластификаторы, обладающие повышенной подвижностью ионов.

Наполнители могут влиять на электропроводность по-разному в зависимости от их природы. Высокое содержание электропроводных наполнителей (металлических порошков, графита) позволяет значительно увеличить электропроводность полимерного материала.

Каких-либо ограничений для применения полимеров в качестве связующего при создании электропроводных полимерных материалов не существует. Это могут быть жесткие термо- и реактопласты с постоянной формой изделия или резиноподобные материалы с изменяющейся при нагружении формой, т.е. материалы, способные к большим обратимым деформациям.

В качестве электропроводных наполнителей используют порошки железа, меди, алюминия, никеля, олова, висмута, кадмия, палладия, а в некоторых случаях — серебра и золота. Размер частиц металла составляет (1-3)×10 -7 м. Механизм электропроводимости полимеров зависит от содержания металлических частиц, которое может доходить до 90 % по объему. Широко используют для получения электропроводных полимерных материалов технический углерод и графит, как в виде порошков, так и в виде волокон и тканей. В последнем случае получают электропроводные материалы с высокой прочностью, обладающие анизотропными свойствами.

Каждый электрик должен знать:  Светодиодное освещение. Все «за» и «против»

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась — это был конец пары: «Что-то тут концом пахнет». 8417 — | 8036 — или читать все.

79.100.228.135 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Печать на сложных трехмерных поверхностях: уникальные решения компании Neotech AMT

Сегодня технологии трехмерной электроники все активнее применяются в промышленном производстве. Аббревиатура 3D-MID прочно вошла в обиход конструкторов, пластиковые детали с токопроводящим рисунком и электронными компонентами на трехмерной поверхности используются в самых разных задачах, в том числе в весьма ответственных приложениях бортовой электроники. До недавнего времени едва ли не единственной технологией аддитивного формирования токопроводящего рисунка на 3D-структурах в массовом производстве был метод прямого лазерного структурирования. Процесс сложный, многостадийный, требующий специальных материалов, прецизионной лазерной обработки и мокрой химии.

Однако мир не терпит монополии, в том числе — технологической. Несколько лет назад на рынке появились системы немецкой компании Neotech AMT, позволяющие непосредственно печатать на сложных 3D-поверхностях. Это шаг может стать аналогичным переходу от традиционных печатных плат к технологиям печатной электроники. Что характерно, с помощью установок Neotech AMT уже выпускается крупносерийная продукция. О созданной в компании технологии и оборудовании нам рассказал управляющий директор доктор Мартин Хедгес (Martin Hedges).

В 1982 году в Университете Фридриха-Александра в Эрлангене и Нюрнберге (FAU) был создан машиностроительный факультет. Тогда он назывался Институт производственных технологий. Сегодня машиностроительный факультет включает восемь различных институтов. Один из них — Институт автоматизации производства и промышленных систем (FAPS — Factory Automation and Production Systems). Его в 1982 году создал и возглавил профессор Клаус Фельдман. В 2009 году главой FAPS стал профессор Йорг Франке (Jörg Franke), известный специалист в области технологий трехмерной сборки в электронике. В частности, он является председателем Ассоциации 3D-MID.

Сегодня FAPS размещается на двух площадках. Первая, исторически — в университетском кампусе в Эрлангене. Вторая площадка находится непосредственно в Нюрнберге, на территории бывшего завода шведской компании AEG. Именно здесь, на площадях порядка 2,5 тыс. м², расположилось экспериментальное производство FAPS. Оно оснащено современным промышленным оборудованием: линейками поверхностного монтажа, системами разварки выводов кристаллов, установками оптической и рентгеновской инспекции, системами климатических и механических испытаний, набором оборудования для технологии 3D-MID методом прямого лазерного структурирования (LDS) и т.п. О масштабах этого «опытного» предприятия говорит тот факт, что здесь установлены четыре автомата для поверхностного монтажа — три из семейства SIPLACE от Siemens (сейчас ASM) и один модуль Fuji NXT-II. Производство оснащено пятью печами оплавления, из них три — для пайки в паровой фазе. Такими мощностями могло бы гордиться любое серийное производство. Здесь же все это предназначено для исследовательских задач в различных областях электроники и мехатроники: от корпусирования электронных компонентов до разработок в области электроприводов и кабельных систем. Институт ведет ряд междисциплинарных исследований: от биоэлектроники и биомехатроники до систем автоматизации и САПР. Причем из 90 сотрудников FAPS, вовлеченных в эти исследования, три четверти финансируются за счет сторонних источников.

Неудивительно, что такой исследовательский центр является своего рода бизнес-инкубатором и одновременно технопарком для небольших инновационных компаний. Одна из них — Neotech AMT, производитель оборудования для нанесения токопроводящего рисунка на трехмерные поверхности. Компания очень невелика, однако весьма вероятно, что результаты ее деятельности станут одной из составляющих технологического прорыва электроники в третье измерение. Мы приехали в Нюрнберг не только ради беседы с управляющим директором Neotech AMT доктором Мартином Хедгесом, но и для того, чтобы увидеть, в каких условиях в Германии развиваются стартапы, как строится взаимодействие между университетской наукой и небольшими группами специалистов, продвигающих передовые технические идеи.

Доктор Хедгес, как создавалась компания Neotech AMT?

Наша компания была основана в 2001 году как Neotech Service. В середине мы начали заниматься печатной электроникой, а затем увлеклись идеей печати на трехмерных поверхностях. В 2006 году приступили к разработке системы 3D-печати и к 2009 году создали действующий образец. В прототипе использовался робот, перемещавший заготовки. Для нанесения линий мы выбрали метод аэрозольной печати Aerosol Jet компании Optomec, а для управления процессом создали собственное программное обеспечение (ПО). В 2010 году установили на территории FAPS первую промышленную установку 3D-печати и работали как сервисная компания. Однако кинематическая схема на основе робота и управляющая программа оказались слишком сложными. Поэтому мы перешли на стандартную для промышленности систему с ЧПУ с схемой. Для управления разработали собственное ПО Motion 3D на основе стандартного коммерческого пакета CAD/CAM.

В 2012 году мы зарегистрировали новую коммерческую компанию Neotech AMT, концентрирующуюся на разработке, производстве и продаже собственных систем 3D-печати. В том же году мы представили первую коммерческую систему Aerosol Jet 45X (AJ45X) для массового производства. Первая продажа состоялась в июле 2013 года — нашу установку приобрела тайваньская компания Lite-On для своего производственного предприятия в КНР. Установка предназначалась для формирования антенны на внутренней изогнутой поверхности корпуса мобильного телефона. После постпродажной подготовки и отработки всех производственных процессов в 2015 году началось массовое производство таких корпусов с антеннами. Сегодня эта машина работает непрерывно, обрабатывая порядка 30 тысяч деталей в неделю.

Сегодня в мире развиваются несколько альтернативных технологий трехмерной печатной электроники. В чем особенность вашего подхода?

Конечно, мы начинали не на пустом месте. В области печатной электроники разработано уже немало процессов, и многие из них можно использовать для 3D-печати. Между 2D- и 3D-печатью немало общего, например, вопросы вязкости чернил, их адгезии с поверхностью, наполнители и т.п. Однако есть ряд принципиальных отличий, которые необходимо принимать во внимание.

Печать на 3D-поверхностях для задач электроники требует разработки трех основных технологий: нужно научиться наносить линии, формировать токопроводящий рисунок в целом и устанавливать компоненты. Но до этого необходимо создать заготовку, своего рода трехмерную плату. Эту задачу решает 3D-принтер. Конечно, можно формировать заготовку как стек из двумерных слоев — именно такой подход используется в технологиях стереолитографии (SLA) или селективного лазерного спекания (SLS). В принципе, такие методы позволяют вводить в структуру печатные проводящие элементы, оставлять отверстия для будущих переходных отверстий, встраивать компоненты и т.д. Это открывает много интересных возможностей, особенно в комбинации с традиционными технологиями электроники и 3D-печати. Мы тоже работаем в данной области. Однако основной метод, на котором мы сфокусированы — это прямая печать на поверхностях готовых 3D-структур, как внутренних, так и внешних.

Сегодня в области 3D-MID активнее всего используется процесс прямого лазерного структурирования.

Однако это реально длительный и многостадийный процесс, включающий множество различных технологических операций: от собственно литья заготовок из специального пластика и их лазерной обработки до химических процессов осаждения токопроводящих дорожек. Мы можем делать аналогичные изделия, используя только технику печати и самые обычные материалы.

Какие технологии лежат в основе ваших систем 3D-печати?

Первая задача, которая встала перед нами — как, собственно, нанести линию на трехмерную поверхность? Прежде всего, в отличие от плоских слоев, в 3D неприемлемы технологии контактной печати, такие как трафаретная печать. Конечно, контактные методы можно использовать в случае простых поверхностей, например, цилиндрических. Но как быть со сложными? Ведь форма деталей, полученных методом литья под давлением или по другим технологиям, имеет определенный допуск, отклонения от эталонной формы ощутимы.

Изначально мы выбрали технологию аэрозольной (каплеструйной) печати Aerosol Jet компании Optomec. У этой технологии есть одно врожденное достоинство — форсунка печатающей головки отстоит от поверхности. Как правило, зазор составляет порядка 5 мм. Это очень хорошо для трехмерной печати, поскольку можно нивелировать отклонения формы от модели. В результате мы избегаем множества проблем, например, нестабильности ширины печатаемых линий.

В нашем случае ширина линии зависит только от диаметра аэрозольного пучка, который, в свою очередь, определяется диаметром сопла форсунки печатающей головки. Форсунки могут быть разными, типичный диаметр их отверстий для промышленных машин — 1 или 0,6 мм. Такие форсунки позволяют печатать линии шириной от 1000 до 300 мкм. Однако для машин, предназначенных для исследовательских задач, мы предлагаем форсунки с отверстиями диаметром до 100 мкм. Они дают возможность печатать линии шириной менее 100 мкм — здесь многое зависит от типа материала подложки и чернил. Например, печать серебряными чернилами по чистой полиимидной поверхности позволяет получать очень тонкие линии, до Причем все это — на 3D-поверхностях. Однако дорожки подобной ширины пока более характерны для 2D-печати. Мы же фокусируемся на 3D, где требуются линии шириной 100 мкм и более.

Итак, мы решили первую задачу — как нанести точную линию. И сразу же встала вторая — научиться управлять инструментом печати при перемещениях с четырьмя-пятью степенями свободы (линейные перемещения по трем осям и вращения в двух плоскостях). Это необходимо для работы со сложной трехмерной геометрией поверхности. Задача не слишком тривиальная. Мы разработали программный пакет Motion 3D. Он основан на коммерческой системе CAD/CAM, но мы модифициро- вали его для задач трехмерной печати.

С помощью Motion 3D можно делать множество вещей. Например, формировать различные стратегии печати на основе исходного проекта и моделировать процесс печати, включая перемещения образца и головки. Установка допускает различные методы перемещения инструмента, Например, последовательное движение по осям с последующими поворотами, одновременное движение по четырем или пяти осям. Предусмотрен механизм прерывания процесса печати для пересечения линий. Выбирая ту или иную стратегию, можно оптимизировать определенный параметр: точность, время обработки и т. п. Например, при массовом производстве принципиально важно сокращение цикла обработки.

Если вы производите в неделю 30 тыс. деталей, экономия времени обработки одной детали на 2 с складывается в 16 часов — 10 % рабочего времени при круглосуточной работе.

Очень важная функция, реализованная в системе управления, т.н. режим контроля центральной точки инструмента (ТСР — tool center point). Он необходим, чтобы обеспечить стабильную заданную скорость перемеще- ния печатающей головки относительно сложной поверхности. Иначе скорость подачи наносимого на подложку материала будет не соответствовать скорости переме- щения головки, что приведет к дефектам печати.

Отмечу, что для управления машиной мы используем стандартный язык — G-код. Любой, кто работал со станками с ЧПУ, знает этот язык. Так, наши китайские клиенты легко понимают G-код, не требуется никакого специального обучения. Вы можете написать управляющую программу, посмотреть в режиме симуляции, как будет происходить печать, оценить различные стратегии перемещения и только после этого приступать к не- посредственной работе.

С какими материалами могут работать ваши системы печати?

Технологии аэрозольной печати позволяют наносить широкую гамму материалов, но более всего они подходят для формирования проводящих дорожек. В основном мы работаем с серебросодержащими чернилами, но можем печатать золото- и платиносодержащими материалами. Последние, например, очень актуальны для производителей сенсоров. Мы печатаем и различные диэлектрические материалы, прежде всего — УФ-отверждаемые акриловые или эпоксидные лаки. Вот два основных класса материалов, для которых аэрозольная печать подходит лучше всего.

Конечно, технология Aerosol Jet позволяет наносить и резистивные пасты, полимерные пленки для конден- саторов, органические полупроводниковые и даже графеносодержащие материалы, все, что требуется для органической печатной электроники. Однако мы считаем, что для таких задач технология аэрозольной печати не эффективна — слишком сложно, медленно, дорого. И тяжело добиться стабильного результата. Для печатной электроники, особенно в области 2D, есть другие методы, например, дозирование.

При выборе материала важно учитывать свойства подложки. Ведь cереборосодержащие чернила необходимо спекать, и чем выше температура этого процесса, тем ниже сопротивление проводника. Сейчас мы в основном работаем с полиимидными пластмассами, с поликарбонатными и АБС-пластиками (акрилонитрил-бутадиенстирол), а также с ПЭТ-материалами (полиэтилентерефталат, лавсан). У этих материалов температура стеклования сильно различна: у некоторых более 200 °С, у ПЭТ — порядка °С. Соответственно, при печати одними и теми же чернилами мы получаем проводники с различным сопротивлением. Мы всегда готовы провести экспертизу возможности 3D-печати того или иного нового материала, в том числе по просьбе заказчика.


Какие установки вы предлагаете заказчикам?

Установка AJ-45S — это наш первый продукт для массового производства. В ней используются четыре печатающие головки, работающие в параллель. Соответственно, установка одновременно обрабатывает четыре одинаковые детали. Диапазон перемещения головок — 600 × 500 × 250 мм. Для перемещения используются прецизионные линейные двигатели с энокодерами, что обеспечивает точность позиционирования по линейным осями до 5 мкм, повторяемость — до 2 мкм, точность поворотов — не хуже 1,5 угловых минут с повторяемостью до 6 угловых секунд. Причем скорость перемещения может достигать 1 м/с, однако обычно скорость печати составляет от 10 до 20 мм/с.

Специальная технология Look ahead — «взгляд вперед» — обеспечивает управление движением головки с дискретностью менее 1 мс, компенсируя резкие толчки и выдавая требуемое качество печати. Установка очень проста в обращении, достаточно ввести программу, указать начальную точку и можно начинать работу.

Опционально установка может оснащаться модулем спекания LBS (Light Beam Sintering) — это система локального нагрева на основе источника света мощностью 250 Вт с рефлектором с воздушным охлаждением и коллимирующими линзами. Нагревающая головка располагается на расстоянии от подложки, формируя на ней световое пятно диаметром до Такая си- стема обеспечивает локальный нагрев, что очень важно при работе с низкотемпературными поликарбонатными деталями. Благодаря механизму контроля мощности она позволяет полностью спекать слои толщиной и менее 1 мкм, и свыше 10 мкм.

Мы изначально ориентировались на оборудование для массового производства. Однако рынку необходимы и недорогие системы для малосерийного и опытно- го производства. Поэтому мы расширили модельный ряд, создав экономичную модель для быстрого прототипирования AJ 15X ELA с одной печатающей головкой. Это очень мощный инструмент для печатной 3D-электроники. Система может оснащаться головкой спекания LBS и обладает всеми функциональными возможностями старшей модели. Особенность установки в том, что она позволяет перемещать головку в диапазоне 1380 × 1580 × 580 мм с точностью до 10 мкм. Такая система может печатать на крупных заготовках.

В 2020 году мы представили новую установку PJ 15X с пьзоэлектрической печатающей головкой. Она обладает всеми возможностями предыдущих моделей, но имеет дозирующую головку нового типа. Такая головка позволяет печатать линии шириной до 100 мкм, объем материала в дозируемой точке составляет от 5 до 60 нл. Причем гамма материалов весьма широка: помимо чернил с нано- и микрочастицами можно наносить эпоксидные адгезивы, диэлектрики, даже биологические материалы. Технология пьезодозирования позволяет работать с чернилами с широким диапазоном вязкости: от 0,5 до 500 мПа*с.

Создав машины с разным типом печатающих головок, мы открываем перед производителями новые возможности. Так, аэрозольная печать хороша для нанесения тонких токопроводящих линий, но для изолирующих слоев, занимающих большую площадь, лучше использовать более дешевые технологии дозирования. Наши машины можно встраивать в производственную линию, например, две одинаковые установки, но с разным типом печатающих станций, чтобы наносить различные материалы.

Как организовано производство ваших установок 3D-печати?

Мы продолжаем развивать технологию 3D-печати, расширять модельный ряд оборудования. Но при этом наша компания очень невелика — в ней всего пять штатных сотрудников. Конечно, при необходимости мы привлекаем сторонних специалистов, у нас проходят практику студенты университета FAU. Кроме того, мы ведь находимся в Германии, вокруг нас множество превосходных производителей материалов, механических узлов, электроники и т.д. Поэтому нет смысла все делать самим, гораздо эффективнее работать по схеме fabless. У нас есть производственные партнеры, производящие отдельные узлы установок. Мы же выступаем разработчиками и контролируем лишь ключевые этапы.

Какие продукты уже производятся с помощь установок Neotech?

Прежде всего, наша установка AJ-45S используется для производства антенн мобильных устройств.

Серебросодержащие чернила наносятся на поверхность заготовки из полиамидной пластмассы, спекание проводят в печи. В результате получается антенна, по своим характеристикам соответствующая стандартным изделиям. Однако себестоимость формирования такой антенны оказывается ниже по сравнению с существующими технологиями.

Наши машины используются и в проектах, которые пока не дошли до стадии выпуска массовой продукции, но это лишь дело времени. Например, установка Neotech применяется для изготовления автомобильного датчика заполнения бака. На внешней стенке литой емкости из полиамида серебряными чернилами печатаются два емкостных сенсора, а также токопроводящий рисунок для схемы управления. Электронные компоненты монтируются на проводящий адгезив без припоя. Получается дешевое и эффективное решение.

Каждый электрик должен знать:  Как сделать простой индикатор состояния удаленного светильника

Другой проект, также для автомобильной промышленности, связан с переходом на поликарбонатные стекла. Их применение дает выигрыш по массе примерно на 30 % Но возникает вопрос — как их обогревать? Ведь сейчас нагревательные элементы наносятся на стекло посредством трафаретной печати, иногда — методом прямого дозирования. Здесь серьезные вызовы связаны с очень сложной геометрией поверхности. Мы применили технологию аэрозольной печати и получили нужный результат. Мощность нагревателя составила 18 Вт, токопроводящие дорожки наносились на сложный профиль большого размера — 750 × 250 × 170 мм. И здесь незаменимым оказался метод ТСР, поскольку важно сохранить непрерывную линию с постоянным сопротивлением, чтобы обеспечить стабильный равномерный нагрев.

Сформировать токопроводящий рисунок на трехмерной поверхности — это лишь часть задачи. Как на такую 3D-заготовку монтировать электронные компоненты?

Наша цель — создать полностью автоматическую линию производства 3D-электроники. И монтаж компонентов — одна из основных задач в области 3D-MID, которую необходимо решить. Сейчас для 3D-структур установка компонентов выполняется вручную. Но в 2020 году мы приступили к интеграции 3D-монтажа и печатного процесса. Конечно, реализовать такой проект можно только в тесном сотрудничестве с другими компаниями. У нас есть партнеры, поставляющие установочные головы, системы подачи компонентов, питатели и т. п. И задача Neotech AMT — интегрировать все это в трехмерном пространстве.

Сейчас мы создаем машины для относительно простых элементов: проводники, антенны, емкостные сенсоры, нагреватели и т.п. Но в ближайшем будущем мы намерены развивать технологию для создания 3D-устройств с бóльшей функциональностью. Такие устройства требуют монтажа сложных компонентов: транзисторов, интегральных схем и т.п. Для этого необходимо объединить технологии печатной электроники с традиционными электронными компонентами.

Печатная электроника уже сегодня позволяет формировать органические транзисторы и простейшие логические схемы, печатать резисторы, конденсаторы и т. п. Однако эта технология еще не достигла уровня развития, пригодного для массового промышленного производства. Конечно, в отдельных задачах эти технологии эффективны — например, печатать на гибких платах методом roll to roll простые схемы для идентификационных меток. Но я не думаю, что такие технологии в ближайшее время будут востребованными в автомобильной или промышленной электронике, в системах мобильной связи и в других приложениях, где требуются высочайшие характеристики производительности и надежности. А наши усилия направлены на создание установок, необходимых для решения актуальных промышленных задач.

Поэтому на следующем этапе работ мы приступаем к освоению методов встраивания компонентов в поверхность. Например, серебряную пасту, наносимую методами печати, можно использовать как клеевую основу вместо припоя. Такой подход открывает очень интересные возможности в области силовой электроники. Так, на плате серебросодержащими материалами печатаются контактные площадки толщиной В них впрессовывают чипы, а затем спекают проводящий связующий материал. В результате можно получать более тонкие изделия силовой электроники, поскольку толщина слоя припоя в традиционных методах, как правило, составляет порядка 100 мкм. Более тонкий слой улучшает теплоотвод от силовых элементов. Более того, возможна работа при высоких температурах: если обычный припой начнет размягчаться при 200 °С, то серебро после спекания останется твердым до 900 °С. Подобная технология хорошо подходит для корпусирования компонентов, причем изделия получаются более дешевыми.

Конечно, удельное сопротивление печатных материалов выше, чем у традиционных проводников. Так, проводимость дорожки, напечатанной серебряными чернилами, в лучшем случае составит 50 % от проводимости серебряной проволоки аналогичного сечения. Это реальная проблема при работе с высокими токами. Но ее можно скомпенсировать за счет площади сечения, например, увеличивая ширину проводников.

Более того, для силовой электроники, где нужны большие площади сечения проводников, аэрозольная печать — не лучшая технология. Когда необходимо наносить большой объем материала, она становится слишком дорогой. Поэтому мы исследуем другие методы нанесения проводящих линий, прежде всего, современную технологию микродозирования с пьезоприводом.

Предусматриваем возможность применения двух технологий печати в различных зонах одной детали. И первый шаг в этом направлении — представленная в 2020 году установка PJ 15X с пьезоэлектрической дозирующей головкой. В итоге мы получим комплекс техник печати, которые позволят выбирать наиболее оптимальный метод в зависимости от задачи.

У вас есть практические результаты в области встраиваемых в поверхность компонентов?

Пока — на уровне исследовательских задач, причем скорее относящихся не к трехмерной, а к 2D-электронике. Так, мы участвовали в проекте SMARTLAM по корпусированию светодиодов методом встраивания чипов в толстые пленки. Суть метода в следующем. В лавсановой (РЕТ) пленке лазером формируется карман 500 × 500 мкм; в него дозируется адгезив, в который впрессовывается чип светодиода размером 350 × 350 мкм; адгезив образует мост к поверхности пленки за карманом. На поверхности этого моста и печатаются проводники, а на поверхности пленки — контактные площадки. Сформированные проводники спекаются при температуре ниже 120 °С. Полученная структура ламинируется еще одной пленкой — и прибор готов. Достоинства технологии очевидны — не нужен специальный корпус для светодиода, нет проволочных проводников, все межсоединения формируются в одном цикле печати. Отпадает стадия пайки, снижается номенклатура используемых материалов и даже энергоемкость производства. Изделие получается простым и надежным. Очевидно, что по такой технологии мы можем встраивать любые электронные компоненты, в том числе кристаллы интегральных схем. Конечно, необходимо учитывать различия в коэффициентах теплового расширения материалов подложки, адгезива, токопроводящих слове, самих компонентов и т.п. Нужно отработать процесс, правильно подобрать нужные материалы и температуру.

Важная опция, которую мы использовали в ходе этого проекта — система оптического контроля. Поскольку карман на подложке в 1,5 раза больше, чем встраиваемый чип, последний постоянно оказывается смещенным. С помощью видеосистемы мы можем определять взаимное расположение элементов и вносить необходимые коррекции в алгоритм печати. В следующем поколении наших машин такая система оптической инспекции будет доступна всем потребителям как опция. Она позволит контролировать опорные точки, подстраивать углы наклона и т.п.

Другой интересный проект — работа с институтом Fraunhofer IKTS, входящим в сообщества институтов Фраунгофера. Мы совместно отрабатывали один из вариантов технологии корпусирования flip-chip, в рамках которой печатали 3D-систему межсоединений. Еще одна интересная задача была связана с разработкой технологии разварки алюминиевых проволочных проводников на контактные площадки, напечатанные серебряными чернилами. Причем в рамках стандартного технологического процесса.

Территориально ваша компания находится в здании опытного производства FAPS. Вы как-то интегрированы с этим институтом и с университетом FAU в целом? Кто финансирует ваши исследования?

Neotech AMT — полностью независимая компания, самостоятельно финансирующая свои исследования и разработки. Мы лишь арендуем площади на территории FAPS. Однако мы сотрудничаем с этим опытным производством, поскольку у нас пересекаются интересы.

Используем технологические ресурсы FAPS, а институт заинтересован в наших результатах для расширения своих возможностей.

Кроме того, студенты магистерской ступени FAU по полгода работают над проектами, используя наше оборудование. Совместно с FAPS и университетом мы участвуем в правительственных исследовательских программах. В рамках этих работ специалисты опытного предприятия FAPS занимаются разработкой технологических процессов, а мы концентрируемся на ключевых машинных решениях и технологиях. Также мы косвенно вовлечены в проекты FAU в области разработок материалов, где выступаем экспертами по применению этих материалов для 3D-печати. В результате мы совместно создаем новые приложения для нашего оборудования. Иногда мы сами приглашаем специалистов университета к разработкам определенных технологий печатной электроники, спонсируем нужные нам исследования в области технологий 3D-печати.

В частности, мы вместе с Институтом прикладных исследований полимеров сообщества Фраунгофера (Fraunhofer-Institute for Applied Polymer Research PYCO) выступаем партнерами FAPS в проекте Федерального министерства экономики ФРГ по разработке новых интегрированных систем электропитания для элементов обшивки кабин воздушных судов. Этот проект направлен на интеграцию распределенных бортовых систем электропитания и передачи данных. В его рамках си- стемы аэрозольной печати не только используются для формирования токопроводящих дорожек, но и исследуется возможность их применения для изготовления полимерных оптических волноводов.

Каковы ваши планы по дальнейшему развитию бизнеса?

Наша компания невелика, сейчас мы, в первую очередь, заняты отработкой технологий и концентрируемся на небольшом числе конечных потребителей. Нам пока рано открывать множество офисов по всем миру, чтобы продвигать продукцию. В области продаж в Европе мы работаем самостоятельно, тем более, что многие из наших клиентов базируются в Европе, но производством занимаются в Китае. Мы смотрим на США как на потенциально очень интересный, крупный рынок. Нам, безусловно, интересен и рынок России. И в этом отношении наши отношения с компанией Остек совершенно уникальны — фактически это единственный торговый партнер Neotech AMT. Мы очень заинтересованы во взаимодействии и надеемся на взаимный успех.

Насколько технология 3D-печати компании Neotech AMT востребована на российском рынке? С этим вопросом мы обратились к заместителю генерального директора ООО «НИИИТ» Игорю Анатольевичу Волкову.

Мы работаем с компанией Neotech более четырех лет, фактически с момента появления ее первых коммерческих установок для печати на сложных трехмерных поверхностях. Наше знакомство состоялось не случайно: пять лет назад в Группе компаний Остек был создан Научно-исследовательский институт инновационных технологий (НИИИТ), одна из задач которого заключалась в формировании экспертного центра по технологиям 3D-электроники. Сегодня эта задача успешно решена — НИИИТ выступает центром компетенций в области печатной 3D-электроники и аддитивных технологий. В его рамках мы продвигаем на российский рынок различные решения в области 3D-электроники. В частности, активно сотрудничаем с совместной российско- швейцарской компанией Multiple Dimensions, мировым лидером в области технологии 3D-MID на основе прямого лазерного структурирования (LDS). Сегодня это самая массовая промышленная технология в области формирования трехмерных схем на пластике.

Мы сразу обратили внимание на большой потенциал технологии прямой печати компании Neotech AMT. Метод прямой печати Neotech отличается от технологии LDS рядом важных особенностей. Прежде всего, существенно сокращается производственный цикл. Не нужны мокрые химические процессы, характерные для LDS. В результате, если минимальное время получения заготовки по технологии LDS — порядка 6 часов, то прямая печать занимает около Это особенно важно при прототипировании.

Другая важнейшая особенность прямой печати — мы практически не ограничены типом материалов и методом изготовления заготовок. В случае LDS приходится использовать исключительно специально модифицированные пластики. Изготавливать из них детали можно только методом пластикового литья под давлением. В случае прямой печати нам практически все равно, из какого материала и каким способом изготовлена деталь — выточена ли она механически, отлита, напечатана на 3D-принтере и т.п. Материалы для печати также могут быть самыми разными: от электропроводящих чернил (медных, золотых, платиновых, серебряных и т.д.) и диэлектрических материалов до биологических субстанций. Зачастую к нам обращались заказчики с просьбой нанести токопроводящий рисунок на механически обработанные детали, на поверхности прототипов корпусов, и мы успешно решали эти задачи.

Технология прямой печати позволяет формировать токопроводящий рисунок на прозрачных материалах, например, на прозрачных поликарбонатах, на оргстекле и т.п. Это чрезвычайно важно для целого ряда применений. В то же время, подобное в принципе невозможно с помощью технологии LDS, по- скольку металлические присадки окрашивают пластик.

Достоинства технологии Neotech в полной мере проявляются при печати антенн на трехмерных поверхностях. Сегодня это одно из наиболее массовых промышленных применений технологий 3D-MID. Однако для технологии LDS необходимы модифицированные пластики. Из-за добавок металлоорганических комплексов их электрические свойства зачастую хуже исходных материалов. Прямая печать позволяет работать именно с теми материалами, которые заложили разработчики, без изменения их электрических характеристик.

Не удивительно, что все эти уникальные возможности технологии прямой печати вызвали живой интерес у многих российских компаний. Конечно, новая технология не сразу начинает использоваться в серийном производстве, этому неизбежно предшествуют стадии исследований и разработок. Более того, технология прямой печати позволяет создавать принципиально новые продукты, их еще необходимо придумать. Поэтому сегодня речь идет не о промышленном применении данной технологии, а об исследованиях и конструкторских разработках.

НИИИТ оснащен разнообразным оборудованием для трехмерной электроники, в том числе установкой прямой печати Neotech.

Сегодня мы вовлечены в ряд НИОКР, выступая по отношению к нашим клиентам технологическим партнером. Мы изготавливаем необходимые прототипы, отрабатываем технологические процессы. С помощью установок Neotech уже удалось решить немало задач, причем некоторые из них не решались иным способом. Например, прямая печать проводящих слоев на керамических подложках сегодня возможна только с помощью систем Neotech. Нет сомнений, что ряд НИОКР в области 3D-электроники дойдет до стадии массовых производств. На этом этапе мы приступим к оснащению предприятий наших клиентов оборудованием компании Neotech AMT.

Сегодня в России очень мало массовых производств, мы наблюдаем лишь первые ростки будущих серийных применений для оборудования 3D-электроники. Этот рынок только формируется — при нашем активном участии. Однако уже сегодня мы ясно видим, что у технологии Neotech большие перспективы. Причем особенно важна возможность ее совместного применения с другими аддитивными технологиями. Надеюсь, все больше российских научных центров обратят внимание на трехмерную электронику, и в частности — на принципиально новые возможности, которые открывает оборудование компании Neotech AMT.

Антистатические пакеты

Антистатические пакеты предназначены для защиты электронных компонентов и изделий, чувствительных к воздействию электростатического разряда. По оценкам производителей электроники до 25% отказов, возникающих в готовых устройствах, связано с использованием компонентов, пострадавших от воздействия электростатического разряда. С развитием технологий, все большей миниатюризации электронной компонентной базы, ЭСР-чувствительность только возрастает. Защита требуется на каждом этапе производства, хранения, транспортировки и монтажа ЭКБ.

Антистатические пакеты для электроники различаются по типу материалов, из которых они изготовлены.

  • Пакеты из рассеивающего заряд материала служат для перемещения компонентов между рабочими местами в зоне, защищенной от электростатического разряда, а также для хранения в EPA-зоне комплектующих, нечувствительных к электростатике. Их основная задача – не генерировать и не накапливать на себе статический заряд. Эти упаковочные емкости имеют, как правило, розовый цвет, не предназначены для вакуумной упаковки, закрываются на zip-замок или заклеиваются антистатическим скотчем.
  • Антистатические металлизированные используются для перемещения между защищенными зонами, для транспортировки потребителю или для безопасного хранения электронных компонентов. Такие пакеты обычно имеют цвет от серо-голубого до серебристого и различную степень прозрачности в зависимости от толщины и типа материала. Для их производства применяется один или несколько слоев рассеивающей заряд пластиковой пленки и слой алюминия (в форме напыления или фольги), выполняющий роль экрана, защищающего от воздействия электромагнитных полей. Металлизированные пакеты могут быть с zip-замком (zip-lock) или без него, их можно рекомендовать для вакуумной упаковки компонентов в сочетании с использованием упаковочных материалов: влагопоглотителя и индикаторов влажности. Если металлизированный пакет маркирован как влагозащитный, то он подходит для долговременного хранения чувствительных к влаге элементов.
  • Проводящие имеют черный цвет из-за добавления в пластик карбоновых волокон, обладающих электропроводностью. Они имеют преимущество перед другими типами пакетов по скорости стекания заряда, однако, в отличие от металлизированных не защищают содержимое от воздействия электромагнитных полей и не подходят в качестве влагозащитных. Проводящие пакеты чаще всего используются для хранения готовых изделий и печатных плат с уже смонтированными компонентами в EPA-зоне.
  • Существуют также варианты из пузырчатой пленки, как рассеивающей, так и токопроводящей, которые служат для лучшей механической защиты компонентов и готовых изделий, при сохранении всех свойств ESD-безопасности. Можно сразу купить антистатические пакеты подходящего размера или использовать рукав из пленки и оборудование для её запайки, тогда готовые пакеты можно сделать практически любых размеров.

При выборе антистатических пакетов необходимо учитывать требования, предъявляемые производителями ЭКБ и заказчиками изделий, ориентируясь на следующие моменты:

  • уровень чувствительности компонентов к электростатическому разряду – достаточно ли использования рассеивающего материала, или требуется лучшая электропроводность;
  • необходимость дополнительной защиты от внешних электромагнитных полей – могут ли компоненты подвергаться их воздействию в процессе транспортировки и хранения;
  • защита от влаги – обязательный элемент для компонентов, которые предстоит монтировать на плату или при консервации компонентов для длительного хранения;
  • дополнительная механическая защита – при упаковке хрупких изделий и невозможности контроля за условиями транспортировки;
  • требования к прочности пакетов – при упаковке изделий с острыми углами, а также при вакуумной упаковке или упаковке в инертной среде.

Правильный выбор антистатических пакетов обеспечит соответствие технологических процессов требованиям российских и международных стандартов. Специалисты НПО ДИОД готовы провести необходимые консультации и организовать поставки антистатических пакетов и сопутствующих материалов в соответствии с Вашими потребностями. У нас в Москве есть демонстрационный зал, в котором вы можети протестировать нашу продукцию и купить антистатические пакеты в Москве по лучшей цене.

Добавить комментарий