Một thế hệ mới của màn hình linh hoạt, có thể cuộn và cảm biến màng mỏng được chế tạo trên một chất nền mang tính cách mạng: kính mỏng hơn sợi tóc người, đủ dẻo để uốn cong nhưng vẫn trong suốt hoàn hảo. Mạch điện tử trên "kính liễu" này được in bằng mực hạt nano bạc hoặc đồng dẫn điện đặc biệt. Loại mực này phải được thiêu kết-nung ở nhiệt độ nhẹ nhàng, chính xác-để kết hợp các hạt kim loại thành một vết rắn, dẫn điện mà không làm tan chảy, cong vênh hoặc làm nứt lớp thủy tinh siêu mỏng dễ vỡ. Trục lăn được gia nhiệt thực hiện quá trình xử lý bằng nhiệt, tinh tế này là giai đoạn nóng, nhẹ nhàng cho các thiết bị điện tử trong tương lai.

Quy trình: Thiêu kết mực dẫn điện trên kính dẻo

Tấm ép nóng được sử dụng như thế nào

Tấm kính dẻo đã in được đặt trên một tấm phẳng đã được gia nhiệt. Trục lăn, thường được làm bằng vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt rất thấp (chẳng hạn như Invar hoặc gốm thủy tinh như Zerodur), cung cấp trường nhiệt độ đồng đều hoàn hảo, thường là từ 150 độ đến 250 độ. Nhiệt độ nhẹ nhàng, đồng đều này sẽ thiêu kết mực mà không gây sốc nhiệt hoặc biến dạng kính. Bề mặt của trục lăn phải hoàn toàn nhẵn và không có hạt; nó thường được phủ một lớp PTFE chống dính để tránh sự bám dính của mẫu in và tạo điều kiện dễ dàng loại bỏ lớp nền đã được xử lý. Kết quả là tạo ra một mạch điện tử linh hoạt, trong suốt và đầy đủ chức năng trên một chất nền có thể uốn cong hàng trăm nghìn lần mà không bị đứt.

Vai trò quan trọng của tính đồng nhất và ổn định nhiệt

Tấm ép là một tấm phẳng hoàn hảo, chịu nhiệt và cực kỳ sạch sẽ, nướng mẫu mạch điện trên một tấm kính mỏng hơn giấy. cácmực in dẫn điện nóngquy trình sản xuất đòi hỏi độ đồng đều nhiệt độ cực cao trên toàn bộ bề mặt trục lăn-thường trong phạm vi ±2 độ . Bất kỳ điểm nóng cục bộ nào cũng có thể làm cong kính hoặc thiêu kết mực quá mức, trong khi điểm lạnh sẽ khiến mực kém thiêu kết và không dẫn điện. Cấu trúc giãn nở nhiệt thấp của tấm ép đảm bảo độ phẳng không thay đổi khi nhiệt độ tăng, duy trì sự tiếp xúc chặt chẽ giữa kính và bề mặt tấm ép. Độ rung và sốc cơ học được giảm thiểu bằng cách gắn tấm ép lên khung được giảm chấn tích cực, vì bất kỳ chuyển động nào trong quá trình thiêu kết đều có thể làm mờ các vết dẫn điện nhỏ.

Ghi chú quy trình: Khí trơ cho mực hạt nano đồng

Khi mực dẫn điện chứa các hạt nano đồng (có chi phí thấp hơn và độ dẫn cao hơn bạc), cần có môi trường khí trơ-chẳng hạn như nitơ hoặc argon-bên trong buồng thiêu kết. Đồng bị oxy hóa nhanh chóng ở nhiệt độ cao, tạo thành lớp oxit đồng không dẫn điện trên bề mặt hạt nano. Quá trình oxy hóa này ngăn cản phản ứng tổng hợp hạt thích hợp và làm tăng đáng kể điện trở. Do đó, tấm ép được gia nhiệt được đặt trong một buồng được làm sạch bằng nitơ có độ tinh khiết cao (hàm lượng oxy dưới 50 ppm) trước và trong chu trình thiêu kết. Môi trường trơ ​​tương tự cũng bảo vệ chất nền thủy tinh dẻo khỏi mọi áp lực do độ ẩm gây ra. Đối với mực gốc bạc, môi trường nitơ là tùy chọn nhưng thường vẫn được sử dụng để đảm bảo môi trường sạch sẽ, không bị nhiễm bẩn.

Độ chính xác kỹ thuật: Kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ và cách ly rung

Cửa sổ nhiệt độ thiêu kết

Nhiệt độ thiêu kết là rất quan trọng và phải được kiểm soát trong một cửa sổ rất kín, thường là ±2 độ. Đối với mực hạt nano bạc, nhiệt độ thiêu kết tối ưu nằm trong khoảng từ 150 độ đến 200 độ; đối với mực đồng, nó cao hơn một chút, khoảng 200–250 độ, để bù đắp cho tính chất chịu lửa cao hơn của đồng trong khi vẫn duy trì ở dưới nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh của bất kỳ lớp phủ polymer nào. Tấm gia nhiệt được trang bị nhiều cặp nhiệt điện nhúng (thường là một cặp nhiệt điện trên 100 cm2 diện tích bề mặt) và bộ điều khiển PID điều chỉnh các bộ phận làm nóng bằng điện (ví dụ: bộ gia nhiệt hộp mực hoặc bộ gia nhiệt giấy bạc) được phân bổ trên mặt sau của tấm ép.

Rung và cách ly cơ học

Trục lăn phải được thiết kế để giảm thiểu mọi rung động hoặc sốc cơ học. Ngay cả những rung động ở quy mô vi mô (biên độ trên 0,5 µm) trong quá trình thiêu kết cũng có thể khiến mực lỏng chảy không đều trước khi đông đặc, dẫn đến các dấu vết bị đứt hoặc giảm độ sắc nét của mép đường. Do đó, cụm trục lăn được tách khỏi rung động của tòa nhà bằng cách sử dụng bộ cách ly khí nén hoặc bộ giảm chấn áp điện chủ động. Toàn bộ giai đoạn gia nhiệt được đặt trên nền đá granit lớn để hấp thụ nhiễu tần số thấp.

Kết luận: Kích hoạt tương lai của điện tử linh hoạt

Trục ép được làm nóng là công cụ nhiệt nhẹ nhàng, chính xác giúp thiêu kết các mạch điện tử lên nền thủy tinh linh hoạt mang tính cách mạng, tạo điều kiện cho thế hệ tiếp theo của màn hình và cảm biến có thể uốn cong, không thể phá vỡ. Bằng cách cung cấp nhiệt độ thấp, đồng đều hoàn hảo trong môi trường trơ ​​được kiểm soát chặt chẽ, không rung và (khi cần), trục lăn sẽ biến mực in hạt nano thành các vết kim loại đáng tin cậy, có tính dẫn điện cao mà không làm hỏng kính siêu mỏng. Tương lai của thiết bị điện tử linh hoạt đang được nướng trên kính bằng một tấm phẳng hoàn toàn, ấm áp-một cách yên tĩnh, chính xác và không có một vết nứt hay cong vênh nào.