Chipproductie en foundry

Nieuwe 3D-printtechniek maakt driedimensionale chipcircuits mogelijk

Een team onderzoekers van de Nationale Universiteit van Singapore (NUS) heeft een technologie ontwikkeld genaamd CHARM3D, waarmee vrijstaande metalen structuren kunnen worden geprint zonder ondersteunend materiaal. Het 3D-printen van circuits is van groot belang in de fabricage van kleine elektronica, maar de noodzaak van ondersteunend materiaal en de gevoeligheid voor druk beperken de toepassingen. De onderzoekers hebben nu een methode gevonden die, naar eigen zeggen, vrijstaande, zelfherstellende metalen structuren kan bouwen.

Het onderzoeksteam, geleid door associate professor Benjamin Tee, heeft hun bevindingen gepubliceerd via de Universiteit van Singapore. De technologie, genaamd CHARM3D, kent een breed scala aan toepassingen, van compacte elektronica tot draagbare sensoren, draadloze communicatiesystemen en elektromagnetische materialen. Een opmerkelijke toepassing die het team heeft gevonden, is in de gezondheidszorg. Met de charm3d-technologie kunnen vitale levenssignaalmonitoringsystemen worden gemaakt die geen contact met de patiënt nodig hebben. De patiënt plaatst zich simpelweg naast de sensor, en het systeem kan ademhaling en andere vitale functies monitoren zonder fysiek contact.

Het systeem maakt gebruik van direct ink writing (DIW), wat al wordt gebruikt om 3D-circuits te printen. Een groot probleem was echter altijd dat de materialen die geprint konden worden, geen goede elektrische geleiders waren. Daarvoor moest ondersteunend materiaal worden gebruikt, wat de toepassingen beperkte. De truc die charm3d gebruikt, is het incorporeren van Field’s metal in de technologie. Field’s metal is een eutectische legering van indium, bismut en tin, en heeft een vrij lage smelttemperatuur voor een metaal. Sterker nog, het materiaal heeft een lagere smelttemperatuur dan de materialen die normaal gebruikt worden om 3D te printen, wat rond de 62 graden ligt. Het materiaal hardt ook zeer snel uit, in tegenstelling tot normale composietinkten die langer nodig hebben om te drogen.

Dit maakt Field’s metal een uitstekend materiaal om driedimensionale circuits mee te maken. “Door een snellere en eenvoudigere benadering te bieden voor 3D-metaalprinten als oplossing voor geavanceerde elektronische schakelcircuitproductie, heeft charm3d enorm potentieel voor grootschalige productie en brede acceptatie van complexe 3D-elektronische circuits,” zegt Tee. Hij voegde eraan toe dat het materiaal zelfherstellende eigenschappen heeft, wat kan worden gerealiseerd door het toepassen van een heat gun om gebroken circuits binnen enkele seconden te repareren.

Het team heeft de charm3d-technologie al gebruikt om een 3D-circuit te printen voor een draagbare, batterijvrije temperatuursensor, antennes voor draadloze vitale tekensystemen en metamaterialen voor elektromagnetische golfmanipulatie. Volgens de onderzoekers kan het ook worden gebruikt om verborgen apparaten of andere verstopte objecten beter te screenen. Tee en zijn team zijn ervan overtuigd dat ze slechts een tipje van de sluier hebben opgelicht wat er mogelijk is met deze technologie.