По общему признанию, это звучит немного абсурдно, чтобы хотеть соединить электрические компоненты с застежкой на липучке. Но если вы присмотритесь к этой идее, которой более 10 лет, она будет довольно сложной.
Три ученых из отдела «Микротехнологии и электромеханические системы» в ТУ Дармштадт сделали свой прорыв - они достигли того, о чем мечтают ученые всего мира. Благодаря процессу сварки Velcro можно постоянно соединять компоненты, просто прижимая их друг к другу.
Картинная галерея
Картинная галерея с 5 картинками
Непроводящая поверхность, такая как стекло, керамика или полимер
Перед началом сварки на липучке компоненты предварительно обработаны. Для этой цели металлический «газон» наносится на поверхности, подлежащие контакту, с использованием гальванического процесса, нано проводки. «Газон» состоит из лучших проводов. По словам Олава Бирлема, генерального директора и главы отдела продаж Nano Wired, почти не имеет значения, из какого материала сделана поверхность и какая у нее геометрия. Даже непроводящие поверхности, такие как стекло, керамика или полимер, могут быть функционализированы - однако они должны быть сделаны электропроводящими на подготовительном этапе процесса.
С помощью процесса маскировки определяются точки, в которых должны быть определены зоны контакта. Контакт, который должен быть сделан, не всегда должен быть электропроводящим, также возможны термические или механические соединения. «Маскировка возможна несколькими способами: со стандартными процессами литографии или другими процессами маски, вплоть до маскирования лентами - в зависимости от требуемой ширины конструкции, допусков и точности», - объясняет Бирлем.
Согласно макроскопическому определению обозначенные участки покрыты «газоном». Это работает аналогично тампонной печати: тампон, заполненный электролитами, прижимается к соответствующим точкам. «Газон» растет в тампоне, который определяет структуру и плотность металлических проводов, а также их расстояние и длину. Изготовленный в промышленных масштабах тампон обеспечивает качество структуры газона (см. Рисунок).
Провода могут быть изготовлены практически из всех электроосаждаемых металлов. Медь, золото, никель, серебро и платина зарекомендовали себя. Керамика (LTTC), полимер (PI, PCB), стекло, кремний, алюминий, сталь, медь и многие другие пригодны в качестве материалов подложки (дополнительные свойства приведены в таблице 1).
| свойство | Диапазон значений | Стандартные значения для меди |
|---|---|---|
| Прочность на сдвиг | От 6 до 30 МПа | 12 МПа |
| Сопротивление отслаиванию | до 1,5 Н / мм | 1,2 Н / мм |
| Термостойкость | -240 ° C - 500 ° C | -50 ° С - 500 ° С |
| Связаться с сопротивлением | <100 мОм | <100 мОм |
| Результирующая линия связи | 1 - 20 мкм | 8 мкм |
| Прочность на липучке | 6 МПа - 50 МПа | 20 МПа |
| Температура связи | -10 ° C - 250 ° C | 25 ° C |
| Время скрепления | 40 мс - 60 с | 100 мс |
| Копланарность субстратов | 5 мкм - 50 мкм | около 10 мкм |
| Диаметр нанопроволок | 30 нм - 2 мкм | 1 мкм |
| Длина NanoWires | 500 нм - 5 мкм | 25 мкм |
| Материал NanoWires | Медь, золото, никель, серебро, платина, олово | медь |
|
используемые материалы подложки |
FR4, кремний, керамика (LTTC), полимер (PI, PCB), стекло, медь, алюминий, сталь, … | FR4, стекло, кремний, свинцовые рамы, керамика (LTTC), полимер (PI, PCB), алюминий, сталь, … |
Таблица 1: Свойства соединений NanoWires и KlettWelding
«С печатной платой, FPC или ведущей рамкой у меня есть много контактных зон, которые изначально не подключены. Для гальванического процесса спереди помещается металлизация, которая покрывает всю поверхность сплошным металлическим слоем. Этот «слой короткого замыкания» удаляется после нано проводки », - объясняет Бирлем. Зачистка является своего рода процессом очистки и гарантирует, что газон останавливается только в обозначенных местах, а все посторонние материалы исчезают.
Сохранить дату: встреча пользователей для проектирования машин Учитывая растущую оцифровку и создание сетей машин и систем, возникает вопрос, актуальны ли классические технологии в эпоху Индустрии 4.0 и где можно найти новые концепции машин. Собрание пользователей машиностроения 21 мая 2019 г. дает ответы и помогает принять решение по выбору наиболее подходящих методов и компонентов.
Дополнительная информация: Собрание пользователей машиностроения.
В настоящее время Nano Wired может работать с несколькими 1000 компонентами в день (один проход занимает 30 минут). В настоящее время Nano Wired предлагает производственную площадь 300 мм² x 300 мм². Процесс масштабируется до> 1 м² и ограничивается только технологией системы. Контакты могут быть созданы по всей поверхности или со структурами в несколько квадратных микрометров.
Также возможно изготовление медных выступов, на которые наносится «газон». Эти неровности создают определенное расстояние между компонентом и основанием, так что материалы с недостаточным заполнением можно безопасно использовать. В качестве альтернативы, нано-проводка и липучка предлагают возможность непосредственного нанесения недостаточного заполнения на структуру нано-проводки. Липкая сварка происходит через недолив, через смещение. Липкая сварка с недостаточным заполнением обеспечивает большое и широкое механическое соединение компонентов с подложкой, что позволяет поглощать далеко идущие усилия.
Как компонент и печатная плата соединяются с KlettWelding
Для соединения и контакта ранее функционализированные компоненты просто спрессовываются при комнатной температуре. Это может быть сделано со стандартными установочными машинами или флипчардами.
Как и щетинки двух зубных щеток, отдельные провода защемляются, конденсируются и соединяются благодаря небольшому диаметру на поверхностях, как при холодном спекании (рис. 1). Компоненты выровнены друг с другом и затем спрессованы вместе. Также возможно контактировать с несколькими слоями одновременно (например, MOSFETS).
В отличие от обычных процессов, в которых процессы дегазации, кристаллизации или затвердевания приводят к усадке и, следовательно, к механическим нагрузкам в соединении, соединение Klett Welding не имеет напряжений. Результирующее соединение между компонентами может быть разделено кручением или сдвигом. Отдельные компоненты могут быть снова функционализированы.
Компендиум дизайн машины
Разумный дизайн
Контактирование также работает в сочетании с клеем. Для этого клей сначала наносится на волосы, а затем наносится второй компонент. Сварка липучкой происходит через клей, на электропроводность контакта это не влияет.
Как я могу теперь использовать технологию в моем производстве? «Это очень просто: клиенты поставляют нам подложки и компоненты, мы их функционализируем. Затем мы выполняем тестовые приложения или заказчик возвращает детали для использования на своей производственной линии. Заказчик может обращаться с функционализированными компонентами, такими как стандартные детали, и ему нужно лишь несколько снизить скорость сборки », - объясняет Бирлем.
Функционализация происходит на целых пластинах, что значительно снижает производственные затраты по сравнению с обработкой отдельных чипов. «Газон» очень прочный, возможна нарезка на кости и сбор со стороны нано-проводки, а лента с нарезкой также может быть наклеена на сторону нано-проводки.
Предназначен для чувствительных к нагреванию компонентов или жестких гибких плат
Благодаря своим свойствам Klett Welding особенно хорошо подходит для различных областей применения. К ним относятся системы с флип-чипом и, конечно же, чувствительные к теплу компоненты. «Использование KlettWelding вместо процесса пайки оплавлением может продлить срок службы чипа камеры примерно на 1/3», - говорит Бирлем.
Даже если нано-проводка выполнена при комнатной температуре, она очень термостойкая. Нано-проводка переживает процессы оплавления без повреждений, так что гибридные процессы также возможны. Сценарий может выглядеть следующим образом: плата подготовлена с использованием нано-проводки, затем припаиваются стандартные компоненты. Затем дорогие, сложные, чувствительные к температуре детали контактируют с помощью липучки при комнатной температуре.
Этот процесс также предлагает огромные преимущества для уменьшения размера пека: стандартные процессы пайки ограничены примерно 150 мкм. Сварка Klett <10 мкм возможна без усилий. Ограничение больше в существующей литографии.
Жесткие гибкие печатные платы предлагают еще одну область применения. Клеи, препреги или заглушки обычно используются для соединения гибких (FPC, фольга, …) и жестких материалов (PCB, керамика, …). Klett Welding может легко заменить эти дополнительные материалы. Соответственно подготовленные модули и сборки просто спрессованы. В результате толщина линии связи составляет несколько мкм, в зависимости от процесса.
«Наши клиенты в настоящее время находятся на стадии проекта, и некоторые из них собираются использовать этот процесс в серийных продуктах», - говорит Бирлем. Серийные продукты должны быть созданы уже в 2019 году.
Эта статья впервые появилась на нашем родственном портале ELEKTRONIKPRAXIS.