Tenk deg at du kjører bil og nyter naturen når et kraftig regnvær plutselig blir til et voldsomt regnvær. Til tross for at vindusviskerne jobber på full hastighet, fortsetter sikten å avta. Du stopper i håp om at stormen snart går over.
Mens du venter, kan du ikke annet enn å forundre deg overvarighetav bilen din. Den har tålt utallige værforhold, fra brennende varme til kulde, og yter fortsatt utmerket. Hva gjør den så motstandsdyktig?
Svaret ligger i en prosess som kalles tykkfilmteknologi. Denne innovative teknologien skaperelektroniske kretsersom kan tåle tøffe miljøer ved å legge ledende og resistive materialer på ensubstrat.
Komponenter med tykk film er som små krigere, og beskytter miljøet. De tåler ekstreme temperaturer, høy luftfuktighet og til og med fysiske støt og vibrasjoner, noe som gjør dem mye brukt i krevende felt som bilindustri, romfart ogindustrielle applikasjoner.
Introduksjon til tykkfilmteknologi
Definisjon og oversikt
Tykkfilmteknologi er en prosess som brukes ved produksjon av elektroniske kretser. Det innebærer å avsette lag av materialer på et underlag, for eksempel keramikk, glass eller metall, for å danne elektroniske komponenter. Tykkelsen på disse lagene varierer typisk fra 10 til 100 mikrometer. Sammenlignet med tynnfilmteknologi har tykkfilmteknologi tykkere materiallag, noe som gir høyere mekanisk styrke og holdbarhet.
Grunnleggende definisjon
Tykkfilmteknologi innebærer avsetning av ledende, isolerende og resistivematerialerpå et underlag ved hjelp av metoder somsilketrykkog sprøyting. Disse materialene sintres deretter vedhøy temperaturs for å sikre sterk vedheft. Desintringprosessen skjer vanligvis ved temperaturer mellom 850°C og 950°C, noe som sikrer god vedheft og stabilitet av materiallagene.
Historisk utvikling
Opprinnelse og evolusjon
Tykkfilmteknologi oppsto tidlig på 1900-tallet med den raske utviklingen av elektronikkindustrien, drevet av behovet for høyytelses og pålitelige elektroniske komponenter. Den ble først brukt i radio- og TV-industrien, der tidlige enheter krevde presise og pålitelige elektroniske komponenter. Ingeniører utviklet metoder for å avsette tykke lag av materialer på underlag for å danne elektroniske kretser, og markerte begynnelsen på tykkfilmteknologi.
På 1950-tallet begynte tykkfilmteknologi å bli brukt i industrielle applikasjoner, først og fremst for produksjon av motstander og enkle elektroniske kretser. Med utviklingen av halvlederindustrien på 1960- og 1970-tallet ble tykkfilmteknologi i økende grad brukt i mer kompleks kretsproduksjon. I løpet av denne perioden ble høytemperatursintringsprosesser introdusert for å forbedre materialadhesjon og stabilitet, og utvide bruken av tykke filmprosesser ielektronisk produksjon.
På 1980-tallet hadde tykkfilmteknologien utviklet seg videre og vunnet popularitet, spesielt innen produksjon avhybridkretserog flerlags kretskort. I løpet av denne tiden utvidet variasjonen av materialer og bruksområder for tykke filmprosesser seg betydelig. Fra 1990-tallet til i dag har tykkfilmteknologi blitt mye brukt i produksjon av sensorer, medisinsk utstyr,bilelektronikk, og kraftelektronikk. Moderne tykkfilmteknologi fortsetter å forbedre seg, og inkluderer avanserte materialer og prosesser for å styrke sin rolle i elektronisk produksjon ytterligere.
Viktighet og applikasjoner
Viktige bruksområder og betydningen av tykkfilmteknologi
Tykkfilmteknologi har en avgjørende posisjon i moderne elektronisk produksjon på grunn av dens brede bruksområder og betydelige betydning. For det første er tykkfilmteknologi mye brukt i produksjon av elektroniske kretser, spesielt i produksjon av trykte kretskort (PCB) og hybridkretser. Dens utmerkede ledende egenskaper og termiske stabilitet gjør tykke filmkretser ideelle for høyfrekvente og høyeffektapplikasjoner.
For det andre spiller tykkfilmteknologi en viktig rolle i sensorproduksjon. Ulike typer sensorer, som trykksensorer, temperatursensorer og gasssensorer, er avhengige av tykkfilmteknologi for høy presisjon ogpålitelighet. For eksempel konverterer trykksensorer med tykk film trykkendringer til elektriske signaler ved å avsette resistive materialer på et underlag.
I tillegg er tykkfilmteknologi mye brukt i bilelektronikk, medisinsk utstyr og kraftelektroniske enheter. I bilelektronikk brukes tykkfilmteknologi til å produsere nøkkelkomponenter som motorkontrollenheter (ECUer), blokkeringsfrie bremsesystemer (ABS), og kontrollsystemer for kollisjonsputer, kjent for sin motstand mot høye temperaturer og vibrasjonsholdbarhet. I medisinsk utstyr brukes tykkfilmteknologi til å produsere elektrokardiografer, ultralydutstyr og blodsukkermonitorer, der høy pålitelighet og nøyaktighet er avgjørende.
Samlet sett spiller tykkfilmteknologi en uerstattelig rolle i moderne elektronisk produksjon på grunn av dens høye pålitelighet, presisjon og allsidighet. Dens applikasjoner på flere nøkkelfelt forbedrer ikke bare produktytelsen og kvaliteten, men driver også kontinuerlig teknologisk utvikling og innovasjon.
Materialer som brukes i tykkfilmteknologi
1. Ledende materialer
Vanlige ledende materialer som brukes i tykkfilmteknologi inkluderer gull, sølv, platina, palladium og kobber. Disse materialene er mye brukt på grunn av deres utmerkede ledningsevne og korrosjonsbestandighet. For eksempel er gull og sølv, kjent for sin høye ledningsevne, egnet for høyfrekvente og høyeffektskretser. Platina og palladium, med sin gode kjemiske stabilitet, brukes ofte i høytemperatur- og korrosjonsbestandige kretser. Selv om kobber er kostnadseffektivt, oksiderer det lett, og krever overflatebehandling for å forbedre holdbarheten.
2. Resistive og dielektriske materialer
Resistive og dielektriske materialer er også avgjørende i tykkfilmteknologi. Vanlige resistive materialer inkluderer rutheniumoksid (RuO₂) og rutenium-titanoksid (RuTiO₂), som gir stabile og presise motstandsverdier og er mye brukt i presisjonsmotstandsproduksjon. Dielektriske materialer, typisk glass eller keramikk, som alumina (Al₂O₃) og bariumtitanat (BaTiO₃), tilbyr utmerkede isolasjonsegenskaper og dielektriske konstanter, brukt i kondensator- og isolasjonslagproduksjon for å sikre elektrisk isolasjon og stabilitet til kretser.
3. Substratmaterialer
Substratmaterialer som vanligvis brukes i tykkfilmkretser inkluderer keramikk, glass og metall.Keramiske underlagsom alumina (Al2O3) og aluminiumnitrid (AlN) favoriseres for sin utmerkede termiske ledningsevne og mekaniske styrke, mye brukt i høyeffekt oghøyfrekvente kretser. Glassunderlag, kjent for sine gode isolasjons- og prosesseringsegenskaper, brukes ofte i laveffekt- og flerlagskretsproduksjon. Metallsubstrater som kobber og aluminium, med sin utmerkede varmeledningsevne, brukes i kretsløp som krever høy varmespredning.
Utskriftsprosesser for tykk film
1. Silketrykk
Silketrykk er en metode for å overføre blekk til et underlag gjennom en skjerm. I tykkfilmteknologi legger silketrykk ledende, isolerende og resistive materialer på underlag. Prosessen innebærer å kontrollere materialavsetningsområdet gjennom mønstre på skjermen. Fordelene med silketrykk inkluderer enkel betjening, lav pris og tilpasningsevne, egnet for utskrift på ulike underlag og masseproduksjon.
2. Fotolitografi
Fotolitografi er en trykkprosess med høy presisjon som overfører mønstre til underlag ved bruk av fotosensitive materialer og masker. Prosessen involverer belegging med fotosensitivt materiale, eksponering, fremkalling og etsing. Fordelene med fotolitografi inkluderer å oppnå høyoppløselige og fine mønstre, egnet for produksjon av komplekse kretsløp. Kompleksiteten og høye kostnadene ved fotolitografiutstyr og prosesser gjør det imidlertid mindre egnet for storskala produksjon.
Sintring
1. Temperaturprofil
Sintring er et kritisk trinn i tykkfilmteknologien, der høye temperaturer sikrer at lag av trykte material fester seg til underlaget. Riktig temperaturkontroll under sintring er avgjørende, og involverer vanligvis tre stadier: oppvarming, holding og avkjøling. Riktig temperaturkontroll sikrer materialets vedheft og stabilitet, og unngår sprekker og avskalling.
2. Utstyr og teknikker
Sintringsutstyr inkluderer boksovner, belteovner og lasersintringsutstyr. Boksovner er egnet for småskala produksjon, og tillater presis kontroll av temperatur og atmosfære. Belteovner er ideelle for storskala produksjon med høy effektivitet og kontinuerlig drift. Lasersintringsutstyr bruker laserstråler for lokal oppvarming, egnet for høypresisjons- og lokaliserte sintringsapplikasjoner.
3. Innvirkning på materielle egenskaper
Sintringsprosessen påvirker materialegenskapene betydelig. Riktig sintring kan forbedre mekanisk styrke, ledningsevne og holdbarhet. For høye eller utilstrekkelige sintringstemperaturer kan forringe materialegenskaper, forårsake oversintring og deformasjon eller ufullstendig sintring, noe som påvirker vedheft og elektriske egenskaper.
Anvendelser av tykkfilmteknologi
Applikasjoner i sensorfeltet
Tykkfilmteknologi er avgjørende i sensorproduksjon, brukt i ulike sensorer, inkludert trykksensorer, temperatursensorer, gasssensorer og fuktighetssensorer. Dens utmerkede elektriske ytelse, mekaniske styrke og miljømessigetilpasningsevnegjør tykkfilmsensorer allment anvendelige i industri-, bil-, medisinsk- og forbrukerelektronikk.
For eksempel XIDIBEI'sXDB305ogXDB306Tserietrykksensorer bruker denne teknologien. Ved å kombinere keramiske substrater og tykke filmmotstandsnettverk og bruke høytemperatursintring, binder resistive materialer seg fast til substratet, og oppnår høy presisjon og høy pålitelighet trykkmåling. Disse sensorene er mye brukt i bilmotorkontroll, industriell prosesskontroll og medisinsk utstyr, og gir stabil trykkmåling og tilbakemelding.
Tykkfilmtemperatursensorer oppdager temperaturendringer gjennom temperaturkoeffisienten til tykkfilmresistive materialer. Disse sensorene har rask respons, høy nøyaktighet og motstand mot høye temperaturer, egnet for ulike høytemperaturmiljøer. For eksempel, i elektroniske systemer for biler, overvåker tykkfilmtemperatursensorer motor- og eksossystemets temperaturer, og sikrer kjøretøyets sikkerhet. I industriell automatisering overvåker disse sensorene utstyrets temperaturendringer, og forhindrer overoppheting og skade.
Tykkfilmteknologi er også mye brukt i gasssensorer og fuktighetssensorer. Tykkfilmgasssensorer utnytter spesifikke materialers følsomhet for gasser, og danner svært følsomme og selektive sensorer gjennom tykkfilmteknologi. Disse sensorene er mye brukt i miljøovervåking, industrisikkerhet og luftkvalitetskontroll i hjemmet. Tykkfilmfuktighetssensorer oppdager fuktighetsendringer ved å bruke tykkfilmresistive eller kapasitive materialer, mye brukt i meteorologisk observasjon, landbruksmiljøovervåking og smarte hjem.
Kontinuerlig innovasjon og forbedring av tykkfilmteknologi vil fortsette å spille en viktig rolle i sensorfeltet, og møte etterspørselen etter høyytelsessensorer på tvers av ulike bransjer.
Applikasjoner i andre felt
1. Elektronikk og halvlederindustri
Tykkfilmteknologi er mye brukt i elektronikk- og halvlederindustrien. Dens utmerkede ledningsevne og termiske stabilitet gjør den ideell for produksjon av trykte kretskort (PCB), hybridkretser og flerlags kretskort. I høyfrekvente og høyeffektskretser gir tykkfilmteknologi pålitelig elektrisk ytelse og mekanisk styrke, egnet for ulike elektroniske enheter og halvledermoduler. I tillegg brukes tykkfilmteknologi til å produsere motstander, kondensatorer og induktive komponenter, essensielle deler av elektroniske kretser.
2. Medisinsk utstyr
Tykkfilmteknologi er ekstremt viktig i medisinsk utstyr, og gir høy presisjon og pålitelighet for diverse kritisk medisinsk elektronikk. For eksempel er tykkfilmsensorer mye brukt i blodtrykksmonitorer, elektrokardiografer og ultralydutstyr, og tilbyr nøyaktige måle- og diagnostiske data. I tillegg brukes tykke filmkretser i bærbare medisinske enheter og implanterbare elektroniske enheter, noe som sikrer stabil drift i og utenfor kroppen. Korrosjonsmotstanden og biokompatibiliteten til tykkfilmteknologi øker dens verdi ytterligere i medisinske applikasjoner.
3. Bilindustrien
Tykkfilmteknologi er mye brukt i forskjellige elektroniske kontrollsystemer for biler. Nøkkelkomponenter som elektroniske kontrollenheter for biler (ECU), blokkeringsfrie bremsesystemer (ABS) og kontrollsystemer for kollisjonsputer er avhengige av tykkfilmteknologi for motstand mot høye temperaturer og vibrasjonsbestandighet. Tykkfilmmotstander og sensorer spiller avgjørende roller i motorstyring, karosserikontroll og sikkerhetssystemer, og sikrer kjøretøydrift under ulike forhold. I tillegg brukes tykkfilmteknologi til produksjon av høyytelses elektroniske komponenter i bilbelysning og lydsystemer.
4. Fornybar energi
Tykkfilmteknologi brukes i økende grad i fornybare energisystemer. Dens utmerkede ledningsevne og termiske stabilitet gjør den til en avgjørende komponent i solceller, vindenergikonverteringssystemer og energilagringsenheter. I solceller brukes tykkfilmteknologi for å produsere effektive ledende lag og elektroder, noe som øker effektiviteten av fotoelektrisk konvertering. I vindenergikonverteringssystemer og energilagringsenheter oppnår tykkfilmkretser og sensorer høypresisjonsenergiovervåking og -styring, og forbedrer systemets effektivitet og pålitelighet.
Fordeler med tykkfilmteknologi
1. Høy pålitelighet og holdbarhet
Tykkfilmkretser er mye foretrukket for sin høye pålitelighet og holdbarhet. Tykkfilmteknologi sikrer utmerket mekanisk styrke og elektrisk ytelse ved å sintre ledende, isolerende og resistive materialer på underlag. Disse kretsene kan fungere stabilt i tøffe miljøer, motstandsdyktige mot høye temperaturer, fuktighet og korrosjon, noe som gjør dem egnet for høypålitelige applikasjoner som bilelektronikk, industriell kontroll og medisinsk utstyr.
2. Kostnadseffektivitet
Tykkfilmteknologi gir betydelige kostnadsfordeler. Sammenlignet med andre høypresisjonsproduksjonsprosesser har tykkfilmteknologi lavere material- og prosesskostnader. Silketrykk og høytemperatursintringsprosesser er relativt enkle, med lavere utstyrsinvesteringer og vedlikeholdskostnader. I tillegg er tykkfilmteknologi egnet for masseproduksjon, med høy produksjonseffektivitet, noe som ytterligere reduserer produksjonskostnadene per enhet.
3. Tilpasning og fleksibilitet
Tykkfilmteknologi gir høy grad av tilpasning og fleksibilitet. Ulike elektriske og mekaniske egenskaper kan oppnås ved å justere silketrykkmønstre og materialformuleringer. Tykkfilmteknologi kan skrive ut på forskjellige substrater, og møte ulike bruksbehov. Denne fleksibiliteten gjør at tykkfilmteknologi kan møte spesifikke kundekrav, og oppnå et konkurransefortrinn i markedet.
Utfordringer ved tykkfilmteknologi
1. Miljøspørsmål
Tykkfilmteknologi står overfor noen miljøutfordringer i produksjon og bruk. For eksempel kan de høye temperaturene og avgassene som genereres under sintring forårsake miljøforurensning. I tillegg inneholder noen tykke filmmaterialer tungmetaller og andre skadelige stoffer, noe som krever spesielle miljøverntiltak under produksjon og avhending for å minimere miljøpåvirkningen.
2. Tekniske begrensninger
Tykkfilmteknologi har noen tekniske begrensninger. Mønsterpresisjonen til tykkfilmkretser er relativt lav på grunn av oppløsningsbegrensningene til silketrykk, noe som gjør den uegnet for produksjon av ultrahøy presisjon og miniatyriserte kretser. I tillegg påvirker valg av materialer og kontroll av sintringsprosessen direkte kretsytelsen, noe som krever nøye balansering og optimalisering under design og produksjon.
3. Markedskonkurranse
Tykkfilmteknologi møter markedskonkurranse fra andre avanserte produksjonsteknologier. Tynnfilmteknologi og trykt elektronikk gir høyere presisjon og mindre størrelser i enkelte applikasjoner, og griper gradvis inn i tykkfilmteknologiens markedsandel. For å opprettholde en fordel i det konkurranseutsatte markedet, må tykkfilmteknologi kontinuerlig innovere og forbedre for å forbedre ytelsen og anvendelsesomfanget.
Innovasjon innen tykkfilmteknologi
1. Nanomaterialer
Nanomaterialer har betydelig forbedret ytelse i tykkfilmteknologi. Nanopartikler har større overflatearealer og bedre fysiske og kjemiske egenskaper, noe som forbedrer konduktiviteten, følsomheten og påliteligheten til tykke filmkretser betydelig. For eksempel, ved å bruke nanomaterialer som nano-sølv og nano-gull i tykke filmkretser oppnås høyere ledningsevne og finere mønstre, noe som oppfyller behovene til elektroniske enheter med høy ytelse.
2. Avanserte utskriftsteknologier
Avanserte utskriftsteknologier, som for eksempel blekkskriving og direkte laserskriving, gir nye muligheter til tykkfilmteknologi. Disse teknologiene oppnår høyere oppløsning og finere mønstre, og bidrar til å forbedre kretspresisjon og integrasjon. I tillegg reduserer avanserte utskriftsteknologier materialavfall og produksjonskostnader, noe som øker produksjonseffektiviteten.
3. Integrasjon med annen teknologi
Å kombinere tykkfilmteknologi med andre teknologier er en avgjørende retning for fremtidig utvikling. Integrering av tykkfilmteknologi med fleksibel elektronikk muliggjør for eksempel produksjon av fleksible og bærbare elektroniske enheter. Tykkfilmteknologi kan også kombineres med teknologi for mikroelektromekaniske systemer (MEMS) for å produsere sensorer og aktuatorer med høy presisjon og høy følsomhet. Disse integrerte applikasjonene vil ytterligere utvide applikasjonsfeltene og markedsområdet for tykkfilmteknologi.
Fremtidige trender innen tykkfilmteknologi
1. Vekst i IoT-applikasjoner
Den raske utviklingen av tingenes internett (IoT) gir nye vekstmuligheter for tykkfilmteknologi. Med økningen i IoT-enheter øker etterspørselen etter sensorer med høy presisjon, høy pålitelighet og lave kostnader betydelig. Tykkfilmteknologi, med sin utmerkede ytelse og fleksible applikasjoner, oppfyller sensorbehovene til IoT-enheter. For eksempel spiller tykkfilmsensorer en avgjørende rolle i IoT-applikasjoner som smarte hjem, industriell automasjon og miljøovervåking. Utviklingen av tykkfilmteknologi vil ytterligere fremme miniatyrisering og intelligens av IoT-enheter.
2. Fremskritt innen materialvitenskap
Fremskritt innen materialvitenskap gir ny fart for utviklingen av tykkfilmteknologi. Utvikling av nye ledende materialer, halvledermaterialer og isolasjonsmaterialer forbedrer kontinuerlig ytelsen til tykkfilmkretser. For eksempel forbedrer introduksjonen av nanomaterialer ledningsevnen og følsomheten til tykke filmkretser betydelig. I tillegg muliggjør anvendelsen av fleksible underlag og transparente ledende materialer utstrakt bruk av tykkfilmteknologi i fleksibel elektronikk og transparente elektroniske enheter. Disse fremskrittene innen materialvitenskap vil frigjøre det enorme potensialet til tykkfilmteknologi i nye applikasjoner.
3. Fremvoksende markedsmuligheter
Tykkfilmteknologi har brede bruksmuligheter i fremvoksende markeder som bærbar teknologi og smarte tekstiler. Bærbare enheter som smartklokker, helsemonitorer og treningsmålere krever lette, holdbare og høyytelses elektroniske komponenter, noe tykkfilmteknologi kan gi. I tillegg integrerer smarte tekstiler elektroniske komponenter i stoffer, og oppnår helseovervåking, miljøføling og interaktive funksjoner, der tykkfilmteknologi har betydelige fordeler. Ettersom disse fremvoksende markedene fortsetter å ekspandere, vil tykkfilmteknologi oppleve nye utviklingsmuligheter.
Innleggstid: 13. juni 2024