趋势

构建更安全、更环保和更互连的世界

通过持续开发用于打印电子元件的材料和工艺,TE 的印刷电子团队帮助客户开发出革命性技术。

作者:

Yiliang Wu,材料开发首席科学家
Gokce Gulsoy,材料开发资深科学家
Leonard Radzilowski,材料开发科研人员

印刷电子的优势。 印刷电子技术指通过一系列打印方法将功能材料堆积在采用多种基质的定型结构中,从而制造出电子设备,其原理与在纸上印刷报纸相似。这种方法环保、灵活且富有柔性,能以低成本推动创新和生产。与传统报纸印刷技术相比,获得具有所需电气属性的功能材料和具备增强分辨率和精确度的先进印刷工艺对印刷电子来说至关重要。在位于加利福尼亚 Freemont 的 TE 打印电子设备团队,我们的科学家正在开发面向以下三个应用领域的新型材料配方和打印技术:用于进行苛刻环境连接的端子表面涂层、用于无线连接的天线和用于智能连接的传感器。

  1. 利用材料科学技术解决客户面临的挑战(英文版本)

我们的工作正在改变世界的连接方式,甚至深入到分子水平。观看技术副总裁 Jim Toth 探讨 TE 在这个领域的先进研发技术。

第一个重点领域是利用导电油墨打印技术制作出适用于苛刻环境电气连接器的端子表面涂层。 此工艺可成功扩展成卷轴式生产:使用凹版印刷机将导电油墨涂覆在柔性原料上,使油墨的挥发物变干,最后将原料冲压/塑造为成形的连接器形状。对于低级别的信号和电压应用,此工艺可大幅降低成本(高达 70%),具体表现在以下方面:提高处理速度(例如,高达 30 米/秒),淘汰湿式化学/沉积法,将黄金替换为技术上可行的成本较低的端子表面涂层替代材料(可能无法采用传统的电镀工艺制造)。对于电力传输和连接器应用,此工艺可加快生产速度,从而大幅降低成本。此外,这种可持续的干式工艺无需使用氰化池,可减少火灾隐患、废物产生以及能源/水的消耗。利用此技术,我们的印刷电子团队推出了新的材料和产品,吸引了各相关行业的新客户,使 TE 以创新领先者身份脱颖而出。

我们利用多种印刷工艺将导电油墨直接定型在电介质基质上,与普通的印刷电路板 (PCB) 基质相比,这能扩大介电常数的可用范围
印刷端子表面涂层。
适用于高速信号连接器的印刷端子表面涂层。
在 3D 表面上打印的汽车车顶天线。
在 3D 表面上打印的汽车车顶天线。

天线制造是印刷电子的另一个应用领域。 TE 与客户密切合作,共同设计并制造出了适用于具有不同要求的不同应用类型的天线,这些应用包括飞机上的手持消费类设备或汽车上的信息娱乐和安全设备等。减小天线大小、重量、功耗和成本是所有应用体现出的共同趋势。我们利用多种印刷工艺将导电油墨直接定型在电介质基质上,这有助于实现这些目标。例如,与普通的印刷电路板 (PCB) 基质相比,非传统基质能扩大介电常数的可用范围,从而在同等带宽的条件下缩小天线尺寸,并降低功耗和成本。需要强调的是,印刷导电油墨能对这些新型材料进行金属化处理,而直接激光烧结 (LDS) 和双射成型等 MID 方法则无法做到这一点。在实验室里,我们的印刷电子团队已成功利用多种塑料、塑料复合材料、玻璃以及陶瓷进行打印。我们已经具备使用数字驱动机器人打印机打印 3D 形状的能力。这一能力可能会推动新型 3D 空间填充天线的诞生,通过更加充分地利用可用包装空间,进一步优化天线的尺寸、效率和带宽。数字化工艺将进一步推动设计更改,但不会因制造新工具而产生费用和延迟。随着天线应用的不断发展,我们期望进一步提高 TE 的印刷金属化能力,即在较短的周期时间内为复杂形状提供可靠耐用的金属化表面。

打印磁性结构。
打印磁性结构;比例尺为 5 mm。
在实验室里,我们开发和测试材料以及制造工艺。
在实验室里,我们开发和测试材料及工艺,旨在帮助客户开发新一代技术。

最后一个重点领域是将印刷电子技术应用于传感器,这是 TE 的核心业务版块。 在对智能和互联性日益增长的需求推动下,全球传感器市场不断发展,物联网生态系统就是一个例证。对于汽车、工业、医疗设备和消费类电子产品领域的客户,此技术有助于提高性能、降低成本以及制造所需外形尺寸的部件。在实验室里,我们潜心研究,使用新型材料和简化的制造工艺,通过印刷电子技术解决这些难题。我们开发出了纳米银油墨电极打印技术,适用于超声图像传感器应用。颗粒微小,可大大降低丝网印刷电极表面粗糙程度,从而显著提升图像质量。微型磁性结构广泛应用于位置传感器、速度传感器、液位传感器和扭矩传感器。这种微小磁性结构(无法通过传统成型工艺制造)可以使用磁性油墨直接打印在平面或曲面上,不仅能缩小尺寸,还可以简化集成过程。鉴于传感器有着极其多元化的市场和较高的定制潜力,我们预测打印技术将会推动传感器制造的发展,尤其是对于小批量、高混合性设备。

为客户助力的解决方案

TE 的印刷电子团队不断开发材料和工艺,旨在打印适用于连接应用的电子元件。我们不断探索新的油墨技术,例如导电油墨、磁性油墨和其他功能性油墨。我们使用多种打印技术(凹版打印、模板/屏幕打印、分散喷墨打印)制造功能性设备,包括金属端子、天线和传感器。通过专注创新,我们能够帮助客户开发出使世界更加安全、可持续、高效和互连的技术。