بر خلاف بردهای مدار چاپی سنتی که مسطح هستند، تکنیک جدید ساخت مدارهای سه بعدی به قطعات امکان می دهد تا به صورت عمودی روی هم چیده شوند و به طور چشمگیری سطح مورد نیاز دستگاه ها را کاهش دهند.

با پیشبرد مرزهای مدارهای چاپی سه بعدی، تیمی از محققان دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) یک تکنیک پیشرفته (معروف به CHARM3D تنش محور) برای ساخت سه بعدی (3D) خود توسعه داده اند، مدارهای الکترونیکی این تکنیک جدید ساخت مدارهای سه بعدی سازه های فلزی ایستاده را بدون نیاز به مواد پشتیبانی و فشار خارجی امکان پذیر می کند.

تیم تحقیقاتی به سرپرستی دانشیار بنجامین تی از دپارتمان علوم و مهندسی مواد در کالج طراحی و مهندسی NUS از فلز فیلد استفاده کردند تا نشان دهند چگونه CHARM3D می‌تواند طیف گسترده‌ای از وسایل الکترونیکی را بسازد و امکان طراحی فشرده‌تر در دستگاه‌ها را فراهم کند. مانند حسگرها، سیستم های ارتباطی بی سیم و فرامواد الکترومغناطیسی.

به عنوان مثال، در مراقبت‌های بهداشتی، CHARM3D توسعه دستگاه‌های نظارت بر علائم حیاتی بدون تماس را تسهیل می‌کند که ضمن افزایش راحتی بیمار، امکان نظارت مداوم را فراهم می‌کند. در سنجش سیگنال، عملکرد آنتن‌های سه بعدی را بهینه می‌کند که منجر به بهبود سیستم‌های ارتباطی، تصویربرداری پزشکی دقیق‌تر و برنامه‌های امنیتی قوی می‌شود.

یک رویکرد ساده تر برای تکنیک جدید ساخت مدارهای سه بعدی

مدارهای الکترونیکی سه بعدی به طور فزاینده ای زیربنای الکترونیک مدرن، از فناوری باتری گرفته تا رباتیک و حسگرها را تشکیل می دهند و عملکردهای آنها را افزایش می دهند و در عین حال کوچک سازی بیشتر را امکان پذیر می کنند. به عنوان مثال، معماری های سه بعدی، با سطح موثر بزرگ، ظرفیت باتری را بهبود می بخشد و حساسیت حسگر را افزایش می دهد.

نوشتن مستقیم جوهر (DIW)، یک تکنیک چاپ سه بعدی امیدوارکننده که در حال حاضر برای ساخت مدارهای سه بعدی استفاده می شود، اما دارای اشکالات قابل توجهی است. نکته اصلی در استفاده از جوهرهای کامپوزیتی است که رسانایی الکتریکی پایینی دارند و مستلزم مواد پشتیبان برای کمک به انجماد پس از چاپ است. جوهرها نیز بسیار چسبناک هستند و سرعت چاپ را محدود می کنند.

تکنیک جدید ساخت مدارهای سه بعدی برای الکترونیک پیشرفته بیشتر بخوانید: کارت گرافیک دوگانه اینتل Arc B580؛ قدرتی نو در راه است؟

از تکنیک جدید ساخت مدارهای سه بعدی فلز فیلد، یک آلیاژ یوتکتیک از ایندیم، بیسموت و قلع است. آلیاژهای یوتکتیک در دمایی کمتر از نقطه ذوب فلزات تشکیل دهنده خود ذوب می شوند و منجمد می شوند و یک ماده جایگزین جذاب برای چاپ سه بعدی ارائه می دهند. با نقطه ذوب پایین 62 درجه سانتیگراد، رسانایی الکتریکی بالا و سمیت کم، فلز فیلد، بر خلاف جوهرهای کامپوزیت، به سرعت جامد می شود یک ویژگی مهم که فرآیند چاپ و تکنیک جدید ساخت مدارهای سه بعدی را قادر می سازد از مواد پشتیبانی و فشار خارجی اجتناب کند.

تکنیک CHARM3D با استفاده از نقطه ذوب پایین فلز فیلد، از کشش بین فلز مذاب در یک نازل و لبه جلویی قطعه چاپ شده استفاده می‌کند، که به ساختارهای یکنواخت و صاف میکروسیم با عرض قابل تنظیم 100 تا 300 میکرون، تقریباً به عرض ختم می‌شود.

در مقایسه با DIW معمولی، CHARM3D تکنیک جدید ساخت مدارهای سه بعدی سرعت چاپ سریع‌تری تا 100 میلی‌متر در ثانیه و رزولوشن‌های بالاتر ارائه می‌کند و سطح جزئیات و دقت بیشتری را در ساخت مدار ارائه می‌دهد. CHARM3D مراحل پس از سنجش را کنار گذاشته و ساخت ساختارهای پیچیده سه بعدی مستقل مانند حروف عمودی، چارچوب های مکعبی و مارپیچ های مقیاس پذیر را امکان پذیر می کند. علاوه بر این، این معماری‌های سه‌بعدی حفظ ساختاری عالی با قابلیت‌های خود ترمیمی را نشان می‌دهند، به این معنی که می‌توانند به طور خودکار از آسیب‌های مکانیکی بازیابی شوند و قابل بازیافت هستند.

پروفسور تی گفت: «با ارائه یک رویکرد سریع‌تر و ساده‌تر برای تکنیک جدید ساخت مدارهای سه بعدی فلز به عنوان راه‌حلی برای تولید مدارهای الکترونیکی پیشرفته، CHARM3D نویدبخش تولید در مقیاس صنعتی و پذیرش گسترده مدارهای الکترونیکی سه بعدی پیچیده است.»

تالیف:
فروشگاه اینترنتی آ.اس.پ (اقتباس از مقاله‌ای از Techxplore)
در صورت استفاده از این مقاله، نام و آدرس فروشگاه اینترنتی آ.اس.پ را به عنوان منبع ذکر کنید.