Ontwikkeling van geprinte elektronica met ultrahoge resolutie met behulp van dual-surface architecturen

NIMS heeft een architectonisch proces met twee oppervlakken ontwikkeld waarmee circuitpatronen op submicrometerschaal kunnen worden afgedrukt door de chemische polariteit van vooraf bepaalde gebieden op het oppervlak te vergroten, waardoor de selectieve hechting van metalen nanodeeltjes aan deze gebieden wordt bevorderd. In dit proces wordt de patroonpolariteit bereikt door eenvoudige behandelingen in omgevingslucht die de hechting van het oppervlak aan inkt in de behandelde gebieden vergroten. Hierdoor kunnen zeer fijne circuitlijnen (0,6 µm breed) worden afgedrukt.

Gedrukte elektronica—elektronische schakelingen bedrukt met metalen en halfgeleidende inkten—is ontwikkeld voor een breed scala aan toepassingen. De circuitsporen die bedrukbaar zijn met bestaande printtechnologieën, zoals inkjet- en zeefdruk, zijn echter te breed voor bepaalde toepassingen. Er moesten daarom nieuwe technologieën worden ontwikkeld die in staat zijn om fijnere circuitsporen te printen.

Dit onderzoeksteam heeft onlangs een architectonisch proces met twee oppervlakken ontwikkeld dat kan worden gebruikt om bedradingspatronen op submicrometerschaal af te drukken door de chemische polariteit van vooraf bepaalde microscopische gebieden van een substraatoppervlak te vergroten, waardoor selectieve hechting van metalen nanodeeltjes aan deze gebieden wordt bevorderd. Tijdens dit proces worden eenvoudige foto- en chemische behandelingen op de ondergrond aangebracht. Eerst worden vooraf geselecteerde oppervlakken geactiveerd door ultraviolette bestraling. Vervolgens wordt op deze gebieden een chemische behandeling toegepast die de chemische polariteit en oppervlakte-energie alleen in de UV-geactiveerde oppervlakken verhoogt. Daardoor neemt de hechting van het oppervlak aan metaalinkt juist in de behandelde gebieden toe. Omdat beide behandelingen eenvoudig en snel zijn en in de lucht kunnen worden uitgevoerd, wordt verwacht dat het gebruik van het architectonische proces met twee oppervlakken de kosten van afdrukbare elektronische fabricageprocessen aanzienlijk zal versnellen en verlagen in vergelijking met fotolithografie en andere conventionele afdrukmethoden.

Priways Co., Ltd. en C-INK Co., Ltd. hebben een zelfassemblagesysteem voor metalen nanodeeltjes ontwikkeld dat kan worden gebruikt om met ultrahoge resolutie metalen inkten voor nanodeeltjes te printen. Het systeem zal binnenkort op de markt worden gebracht samen met primers die speciaal zijn ontworpen voor gebruik met het systeem om de hechting van metallic inkten op verschillende soorten substraten te verbeteren. Dit onderzoeksteam zal het wijdverbreide gebruik van deze ultrahoge resolutie printtechnologie voor de productie van gedrukte elektronica bevorderen.

Dit onderzoek is gepubliceerd in de online versie van Klein, een Duits wetenschappelijk tijdschrift, op 14 mei 2021.