企業(yè)匯總：國外電子增材制造

導讀：在世界經(jīng)濟大變局時機下，電子制造領域作為信息化時代的核心組成部分，要有效保障其供應鏈產(chǎn)業(yè)鏈的彈性及安全性，同時滿足低碳經(jīng)濟及產(chǎn)業(yè)發(fā)展新要求，這就需要引入新型電子增材制造技術。大力發(fā)展電子增材制造技術、布局電子增材制造產(chǎn)業(yè)，無論是在短期內(nèi)應對時局動蕩，還是從長遠發(fā)展考慮、占據(jù)電子制造產(chǎn)業(yè)價值鏈主導地位都具有十分重要的意義。目前，已有企業(yè)在該領域?qū)崿F(xiàn)應用落地，但從整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展看，國內(nèi)整體還處于發(fā)展初期，正是開始布局的好時機。南極熊整理了國外的在電子增材制造技術領域發(fā)展較好的企業(yè)，下面跟隨南極熊一起看下去吧。

一、日本：SIJ Technology https://sijtechnology.com/en/

超精密噴墨打印


△可以打印比一粒米還小的世界地圖的技術

SIJTechnology 是一家開發(fā)和制造噴墨打印機的公司。噴墨打印本并不是什么新鮮事，但隨著與現(xiàn)有技術不同的噴墨原理的發(fā)明，SIJ Technology將其向前推進了一個巨大的飛躍。該公司的突破性設備能夠在亞微米級的各種材料上進行超精密打印，并配備內(nèi)部攝像頭以實現(xiàn)實時觀察。打印頭準確地噴射出墨滴，其大小僅為傳統(tǒng)墨滴的十分之一，體積不到傳統(tǒng)墨滴的千分之一。SIJ Technology 甚至通過打印比一粒米還小的世界地圖來展示所研發(fā)的機器的能力。


△SIJ Technology CEO Kazuhiro Murata, Ph.D.

該公司首席執(zhí)行官村田和弘博士在日本國立先進工業(yè)科學技術研究所研究納米材料時開發(fā)了超精細噴墨技術。他解釋說，理想情況下，噴墨技術可以在材料使用方面實現(xiàn)接近 100% 的效率，因為它使用最少的能量只消耗必要數(shù)量的材料。Murata 博士指出他的打印機的許多實際應用。最受歡迎的是打印電子產(chǎn)品，其中標準噴墨打印機缺乏足夠的精度來創(chuàng)建電子電路。近年來，電子設備的小型化、高性能化趨勢不斷發(fā)展，對金屬布線的微細化需求也不斷增加。打印機的技術還可以促進生物技術的飛躍進步，包括蛋白質(zhì)的精確排列和生物芯片的制造。


△用精細、精確的納米膏打印的電子電路

應用&優(yōu)勢


△應用領域

在超精細噴墨打印中，打印頭可以垂直、水平和對角移動，從而可以創(chuàng)建實體 3D 對象。由于超細液滴中的溶劑在釋放后會非常迅速地干燥，因此含有超細金和銀顆粒的墨水可用于在電路板上形成凸塊、支柱或?qū)嵭牟季�。也可以創(chuàng)建細胞支架。


△打印機還可以創(chuàng)建 3D 結構，例如這種拱形電路

盡管采用了突破性的技術，SIJ Technology 的打印機體積小得驚人，這意味著它可以輕松安裝在工作臺面上。有些人可能會擔心將噴墨打印機應用于一般工業(yè)用途會很困難，但 SIJ Technology 的超精細噴墨打印機對于新手來說很容易操作，具有易于更換的耗材、低廉的價格和可用性強的軟件。


△攝像頭可以實時觀察打印過程


二、美國：Optomec https://optomec.com/




自 1997 年以來，Optomec 系統(tǒng)已在電子、能源、生命科學、航空航天和國防以及物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 等市場生產(chǎn)了數(shù)百種創(chuàng)新設計和產(chǎn)品。由于 Optomec 能夠生產(chǎn)具有嵌入式電子設備的智能互聯(lián)設備，以滿足市場對尺寸、功能和成本的嚴格要求，因此 Optomec 為新興物聯(lián)網(wǎng)領域的產(chǎn)品制造提供了獨特的優(yōu)勢。

Optomec 擁有悠久的成功歷史和超過 3000 萬美元的產(chǎn)品開發(fā)投資，與多個市場的領先工業(yè)公司和研究組織合作，以實現(xiàn)3D打印技術。Optomec 系統(tǒng)用于整個產(chǎn)品生命周期，以減小電子設備的尺寸和成本，提高機器產(chǎn)生替代能源的效率，延長高價值航空部件的使用壽命，生產(chǎn)耐磨醫(yī)療設備，并制造工業(yè)和消費設備更加智能和互聯(lián)。


氣溶膠噴射打印技術


△氣溶膠噴射打印原理

Optomec在電子增材技術方面研究頗深，主要使用氣溶膠噴射打印技術生產(chǎn)3D打印電子產(chǎn)品。氣溶膠噴射工藝使用空氣動力學聚焦將電子墨水精確地沉積到基材上。將墨水放入霧化器中，該霧化器會產(chǎn)生直徑為 1 至 5 微米的載有材料液滴的濃霧 。氣溶膠霧然后被輸送到沉積頭，在那里它被鞘氣聚焦，鞘氣圍繞氣溶膠形成一個圓環(huán)。當鞘氣和氣溶膠通過異形噴嘴時，它們會加速，并且氣溶膠會“集中”成在鞘氣 內(nèi)流動的緊密液滴流。產(chǎn)生的高速粒子流在其從噴嘴行進到基板2到5mm 的距離內(nèi)保持聚焦，從而在非均勻和 3D 基板上保持特征分辨率 。打印特征的范圍從10微米到毫米。

現(xiàn)在Optomec的電子增材制造已經(jīng)朝向兩個方面進行研發(fā)：


△在其專有的 Aerosol Jet 工藝和設備方面擁有多項正在申請的專利

1. 增加打印功能范圍：
Aerosol Jet 技術的初始打印目標在 10 到 100μm 線寬范圍內(nèi)得到滿足�，F(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)了<10μm的特征尺寸。還開發(fā)了具有相同流動原理的新型廣域打印頭，可以打印毫米尺寸的特征�？偠�言之，Aerosol Jet 技術的展示工作范圍是 1000 倍（微米到毫米）。

2. 生產(chǎn)多路復用：
這是通過向打印頭添加更多噴嘴或向系統(tǒng)添加多個打印頭來實現(xiàn)的。Aerosol Jet 技術可用于模塊化打印系統(tǒng)，可集成到自動化平臺中，用于大批量生產(chǎn)應用。模塊化架構是可擴展的，旨在實現(xiàn)從打印頭快速更換氣溶膠噴射打印盒，以進行日常清潔和墨水補充。


優(yōu)勢&應用
有許多傳統(tǒng)的和新興的方法可用于制造電子產(chǎn)品。在大多數(shù)情況下，這些方法要么是圖形打印的改進，要么代表了專門為打印電子產(chǎn)品設計的新技術。對于許多 2D 應用來說，傳統(tǒng)的制造方法是可行的，但隨著消費電子、航空航天、醫(yī)療保健和物聯(lián)網(wǎng)應用中使用的更小、更薄的智能連接設備，將需要新的3D制造方法。下面總結了氣溶膠噴射技術在這些應用中的優(yōu)勢：

●數(shù)字打印——沒有掩膜或模板
●無需電鍍或蝕刻
●特征尺寸從 10 微米到10 毫米
●打印厚度從 100 納米到 10 微米
●在非平面和 3D 表面上進行保形打印
●打印互連和有源/無源組件
●使用市售材料打印
●打印生物材料
●在塑料、陶瓷和金屬基材上打印
●可擴展以支持大批量生產(chǎn)要求


Aerosol Jet 系統(tǒng)非常適合開發(fā)、制造、增強和修復用于消費電子、半導體封裝、顯示器、航空航天/國防、汽車和生命科學最終用途產(chǎn)品的高性能電子和生物設備。Aerosol Jet 工藝可在 2D 和 3D 表面上使用各種材料（包括導電納米粒子金屬油墨、介電漿料、半導體和其他功能材料）有效地打印高分辨率電子電路和組件。下圖列舉了其應用領域。


△應用

相關鏈接： AJ_Printed_Electronics_Overview_whitepaper.pdf (1.16 MB, 下載次數(shù): 230)

2022-8-25 07:22 上傳

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三、美國：Kateeva https://kateeva.com/



Kateeva 于 2008 年在麻省理工學院成立，旨在開創(chuàng) OLED 噴墨沉積工藝。該公司開發(fā)了創(chuàng)新的噴墨打印設備，品牌為 YIELDJet 打印機。Kateeva于 2014 年開始提供基于噴墨的封裝系統(tǒng)，用于保護柔性 OLED 面板。Kateeva 的封裝性能非常出色，據(jù)報道這些系統(tǒng)已用于柔性 OLED 的量產(chǎn)——而 Kateeva聲稱它在 OLED 有機薄膜封裝 (TEF) 市場上處于“領先地位”。2017 年，Kateeva正式推出了用于大面積 RGB OLED 發(fā)射器沉積的噴墨設備。Kateeva 將其新生產(chǎn)線命名為 YIELDJet Explore，這些系統(tǒng)目前針對研發(fā)線和試驗線。Kateeva 還在開發(fā)可以沉積量子點材料的打印機。


噴墨沉積：業(yè)內(nèi)最薄、最堅固的薄膜


△YIELDjet® Lassen

Kateeva，研發(fā)了噴墨沉積設備解決方案，供全球領導者用于批量生產(chǎn)定義類別的平板顯示器。在 OLED 薄膜封裝 (TFE) 打印機市場處于領先地位。Kateeva的設備創(chuàng)新幫助加速了 OLED 技術的采用，開啟了一個新的創(chuàng)新時代，將柔性和可折疊顯示產(chǎn)品推向了全球市場。憑借獨特的打印頭監(jiān)控技術和 SmartMixing™ 軟件，其打印機在批量生產(chǎn)中實現(xiàn)了極高的墨滴放置精度和墨水性能。憑借高速打印數(shù)十億像素的能力，Kateeva 的工具能夠可靠地生產(chǎn)業(yè)內(nèi)最薄、最堅固的薄膜，同時具有最長的正常運行時間和最低的維護要求。硬件和軟件創(chuàng)新受到知識產(chǎn)權組合的保護，該組合由多個全球司法管轄區(qū)的 780 多項專利組成。今天，噴墨解決方案正在支持新興的顯示技術，這些技術正在重新定義智能手機、筆記本電腦和大尺寸電視的觀眾體驗。

YIELDjet平臺是世界上第一個為柔性和大尺寸 OLED 從頭開始​​開發(fā)的噴墨打印制造設備解決方案。憑借新穎的架構和突破性的功能，該解決方案幫助顯示器領導者過渡到 OLED 量產(chǎn)，并開啟可折疊、可拉伸和可折疊設備的新時代。使 YIELDjet 平臺成為 OLED TFE 市場領導者的核心技術創(chuàng)新和獨特優(yōu)勢現(xiàn)在正在推動更廣泛的顯示行業(yè)的新興應用。



●在氮氣環(huán)境中進行經(jīng)濟高效的打印氮
微量的氧氣和水分以及大顆粒會降低 OLED 器件的性能并降低產(chǎn)量。在清潔、高純度的環(huán)境中加工是 OLED 前面板制造設備的核心要求。YIELDjet 平臺通過將氮氣流過打印機外殼并結合先進的粒子控制技術，提供清潔、高純度的環(huán)境。半導體行業(yè)的最佳實踐以及流體流動模擬工具的大量使用被應用于設計凈化打印機外殼。這產(chǎn)生了一個打印平臺，該平臺可以實現(xiàn)并保持低于 1ppm 的氧氣和水分水平，滿足顆粒要求，并在空氣中斷后 4-6 小時內(nèi)清除至可處理狀態(tài)。通過在生產(chǎn)過程中再循環(huán)系統(tǒng)中的氮氣，可以最大限度地降低消耗品成本。



●高定位精度和均勻性的浮動臺漂浮的
打印層的均勻沉積對于均勻顯示至關重要。實現(xiàn)這種均勻性的一個關鍵打印要求是墨滴放置精度。載物臺精度是液滴放置精度的重要組成部分。為了實現(xiàn)可擴展到所有玻璃尺寸的高精度載物臺，Kateeva 率先推出了噴墨打印機的浮動載物臺。在這里，玻璃漂浮在一個薄薄的氮氣墊上，氮氣墊從一個專門設計的固定臺流出。同時施加壓力和真空，以使玻璃在高加速度下產(chǎn)生無摩擦運動，同時保持高精度。為了進一步提高載物臺精度，可以在打印掃描期間實時進行微調(diào)位置。



●打印頭監(jiān)控和 SmartMixing® 軟件智能
打印不均勻性可能是由打印陣列中噴嘴的墨滴體積、速度和角度的固有變化引起的。為了應對這一挑戰(zhàn)，YIELDjet 平臺部署了超快速打印頭監(jiān)控技術和噴嘴混合算法。專有的遠程液滴檢測 (RDI) 系統(tǒng)測量每個噴嘴的液滴體積、速度和角度，比傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)快約 50 倍。打印頭在玻璃裝載和對齊過程中受到持續(xù)監(jiān)控Kateeva 的 Smart Mixing® 軟件可捕獲墨滴數(shù)據(jù)并校準算法。輸出是最佳液滴圖案和噴嘴混合，然后在打印期間執(zhí)行。最終顯示均勻且無打印斑。



優(yōu)勢&應用



●降低成本、制造靈活性等減少
在顯示器制造中，噴墨打印 (inkjet) 無需使用掩模即可創(chuàng)建圖案化薄膜，這與蒸發(fā)等依賴掩模的技術不同。由此產(chǎn)生的好處包括更低的生產(chǎn)成本、更少的缺陷、更好的材料利用率、大尺寸基板的制造可擴展性。這些綜合優(yōu)勢使噴墨成為顯示器大規(guī)模生產(chǎn)的理想選擇。



●實現(xiàn)大規(guī)模
擴大到更大的玻璃尺寸對于實現(xiàn)電視等消費設備所需的中大尺寸顯示器的全部經(jīng)濟潛力至關重要。噴墨是一種掃描系統(tǒng)，通過在玻璃上進行多次掃描來沉積薄膜。掃描系統(tǒng)本質(zhì)上可以擴展到更大的玻璃尺寸——首先，添加更多掃描以覆蓋更多區(qū)域。



●OLED薄膜封裝量產(chǎn)的選擇途徑大量生產(chǎn)
OLED 設備對痕量的氧氣和水分極為敏感。在操作過程中保護這些元素是必不可少的。對于柔性器件，使用無機/有機多層薄膜封裝已成為首選的集成方案。上面討論的優(yōu)點使噴墨成為沉積 TFE 疊層的有機層的首選方法。材料效率、更長的正常運行時間和卓越的缺陷性能是選擇噴墨用于柔性 OLED 顯示器大規(guī)模生產(chǎn)的關鍵考慮因素。此外，噴墨技術在選擇有機薄膜材料方面提供了更大的靈活性，而使用液體墨水可以更好地平整底層顆粒和表面拓撲結構——這是 TFE 質(zhì)量的一個關鍵因素。


YIELDjet的應用多種多樣，下面是其三個方面的應用：
●薄膜封裝
●微透鏡平面化平面化
●量子點OLED

四、韓國：Enjet http://enjet.co.kr/cn/index.html



ENJET于2009年在韓國成立。 研究開發(fā)了納米噴涂機和納米打印機，適用于各種手機、顯示屏、半導體玻璃、攝像機模塊、醫(yī)療設備、原材料等行業(yè)。追求成為21世紀綠色環(huán)保的企業(yè)，不斷挑戰(zhàn)新技術，以迎合多元化的市場變化。從公司成立以來，一直致力于研發(fā)核心技術的同時開拓著全球化市場。ENJET以先進的科技和卓越的品質(zhì)，給客戶提供頂尖產(chǎn)品以及創(chuàng)新解決方案，并重視與客戶維持友好的雙贏關系。


iEHD 打印
電噴印亦稱為電流體動力噴射打印(electrohydrodynamic jet printing，E-jet)，與傳統(tǒng)噴印技術(熱噴印、壓電噴印等)采用“推”方式不同，EHD 噴印采用電場驅(qū)動以“拉”方式從液錐(泰勒錐)頂端產(chǎn)生極細的射流。



其基本原理如圖所示：在導電噴嘴(第一電極)和導電襯底(第二電極)之間施加高壓電源，利用在噴嘴和襯底之間形成的強電場力將液體從噴嘴口拉出形成泰勒錐，由于噴嘴具有較高的電勢，噴嘴處的液體會受到電致切應力的作用;當局部電荷力超過液體表面張力后，帶電液體從噴嘴處噴射，形成極細的射流，噴射沉積在襯底之上，結合承片臺(x-y方向運動)和噴嘴工作臺(z向)的運動能夠?qū)崿F(xiàn)復雜三維微納結構的制造。




Enjet專利技術是打印高密度以及超微細結構的打印解決方案。 iE Jet Printing 是利用電磁場的近距離噴射技術（ENJET）。 Enjet具有iEHD（電流體動力學）納米高滴控制，iE高精度控制及電漿技術，通過此液技術穩(wěn)定生成毫微升（級）的液滴，保證打印的精度�？尚纬�1㎛的超微細結構（自動線、點焦，以及混合顯示）。


●按需噴墨和打印

△“液橋”結構

iElectrohydro (iEHD) 噴墨打印機使用超低濃度的材料，生成超細顆粒物，生成微滴噴出。更超微細的點和線。

●連續(xù)噴墨打印



iElectrohydro噴碼機通過噴出高精細的電流信號，可以控制噴射打印機，并且可以持續(xù)控制噴射打印機，這種材料可以在此和 3D 材質(zhì)上形成各種正確的動作。


優(yōu)勢&應用
●由于電噴印采用微垂流模式按需噴印的模式，能夠產(chǎn)生非常均勻的液滴并形成高精度圖案；
●打印分辨率不受噴嘴直徑的限制，能在噴嘴不易堵塞的前提下，實現(xiàn)亞微米、納米尺度分辨率復雜三維微納結構的制造。
●可用于電噴印的材料范圍非常廣泛，包括從絕緣聚合物到導電聚合物，從懸濁液到單壁碳納米管溶液，從金屬材料、無機功能材料到生物材料等。

因此，電噴印具有：兼容性好(適用材料廣泛，以及高黏度液體)、成本低、結構簡單、分辨率高等優(yōu)點，尤其是對于高黏度液體能夠打印出比噴頭結構尺寸低一個數(shù)量級的圖案。目前它已經(jīng)被看作最具有應用前景的微納尺度3D打印技術之一。



電噴墨打印有多種用途：

●LCD 修復
墨水直接打印在發(fā)生開放缺陷的區(qū)域來完成修復并達到產(chǎn)品的良品化目的。與現(xiàn)有的CVD修復相比，工藝簡單，可形成靈活的圖案。尺寸3μm 以上。

●OLED
修復墨水直接打印在缺陷的區(qū)域來完成修復并達到產(chǎn)品的良品化目的�？梢孕迯同F(xiàn)有CVD修復無法實現(xiàn)的1μm級的圖案。尺寸1.5μm 以下。

●uLED 修復
卸下未點亮的uLED芯片后，在焊盤上印刷導電墨水，然后安裝該芯片以恢復并獲得良好的質(zhì)量。尺寸10μm 以下。

●超精密凹凸打印



可以在金屬焊盤上使用導電墨水進行保險杠打印。形成小于10μm的點，因此可以應用于uLED等。尺寸10μm 以下

●點膠
Enjet基于自家的點膠技術，開發(fā)了用于半導體包裝的創(chuàng)新型底部填充解決方案。與常規(guī)方法相比，由于電場的作用，它具有無空隙的底部填充性能的優(yōu)點。



●側面電極打印

●粘接與密封


總結
可以看到，國外在電子增材制造領域已經(jīng)取得了不少成就，國內(nèi)還需對電子增材制造行業(yè)有進一步認識和研為了維持3D打印電子產(chǎn)品的增長和采用，需要在新型先進功能油墨的研究和開發(fā)方面繼續(xù)努力。有必要為各種應用開發(fā)具有不同材料性能、電子性能和機械性能的各種油墨。最終的電子性能和打印分辨率是3D打印電子產(chǎn)品的兩個最重要的考慮因素。南極熊在這里非常鼓勵油墨制造商和機器制造商加強合作，分享他們的專業(yè)知識，以便共同配制和優(yōu)化適合某一打印機的油墨，從而更好地改善打印適用性和打印質(zhì)量。相信在不久的將來，電子產(chǎn)品的新3D打印應用會發(fā)揮它巨大的潛力。