Stel je voor dat je aan het rijden bent en geniet van het landschap, wanneer een zware regenbui plotseling verandert in een hevige regenbui. Ondanks dat de ruitenwissers op volle snelheid werken, blijft het zicht afnemen. Je stopt, in de hoop dat de storm snel voorbij zal gaan.
Terwijl je wacht, kun je niet anders dan je verbazen over deduurzaamheidvan uw auto. Hij heeft talloze weersomstandigheden doorstaan, van verzengende hitte tot kou, en presteert nog steeds uitstekend. Wat maakt het zo veerkrachtig?
Het antwoord ligt in een proces dat dikkefilmtechnologie wordt genoemd. Deze innovatieve technologie creëertelektronische circuitsdie bestand zijn tegen zware omstandigheden door geleidende en resistieve materialen op een laag te leggensubstraat.
Dikkefilmcomponenten zijn als kleine krijgers die hun omgeving beschermen. Ze zijn bestand tegen extreme temperaturen, hoge luchtvochtigheid en zelfs fysieke schokken en trillingen, waardoor ze op grote schaal worden gebruikt in veeleisende sectoren zoals de automobielsector, de lucht- en ruimtevaart enindustriële toepassingen.
Inleiding tot dikkefilmtechnologie
Definitie en overzicht
Dikkefilmtechnologie is een proces dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van elektronische schakelingen. Het gaat om het afzetten van materiaallagen op een substraat, zoals keramiek, glas of metaal, om elektronische componenten te vormen. De dikte van deze lagen varieert doorgaans van 10 tot 100 micrometer. Vergeleken met dunne-filmtechnologie heeft dikke-filmtechnologie dikkere materiaallagen, wat zorgt voor een hogere mechanische sterkte en duurzaamheid.
Basisdefinitie
Dikkefilmtechnologie omvat het afzetten van geleidend, isolerend en resistief materiaalmaterialenop een substraat met behulp van methoden zoalszeefdruken spuiten. Deze materialen worden vervolgens gesinterdhoge temperatuurs om een sterke hechting te garanderen. DesinterenDit proces vindt meestal plaats bij temperaturen tussen 850°C en 950°C, waardoor een goede hechting en stabiliteit van de materiaallagen wordt gegarandeerd.
Historische ontwikkeling
Oorsprong en evolutie
Dikkefilmtechnologie ontstond in het begin van de 20e eeuw met de snelle ontwikkeling van de elektronica-industrie, gedreven door de behoefte aan hoogwaardige en betrouwbare elektronische componenten. Het werd voor het eerst toegepast in de radio- en televisie-industrie, waar vroege apparaten nauwkeurige en betrouwbare elektronische componenten vereisten. Ingenieurs ontwikkelden methoden om dikke lagen materiaal op substraten aan te brengen om elektronische circuits te vormen, wat het begin markeerde van dikkefilmtechnologie.
In de jaren vijftig begon dikkefilmtechnologie te worden gebruikt in industriële toepassingen, voornamelijk voor de productie van weerstanden en eenvoudige elektronische schakelingen. Met de ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie in de jaren zestig en zeventig werd dikkefilmtechnologie steeds meer gebruikt bij de productie van complexere schakelingen. Tijdens deze periode werden sinterprocessen bij hoge temperaturen geïntroduceerd om de hechting en stabiliteit van het materiaal te verbeteren, waardoor de toepassing van dikke-filmprocessen werd uitgebreidelektronische productie.
In de jaren tachtig had de dikkefilmtechnologie zich verder ontwikkeld en aan populariteit gewonnen, vooral bij de productie vanhybride circuitsen meerlaagse printplaten. Gedurende deze tijd breidde de verscheidenheid aan materialen en toepassingen voor dikkefilmprocessen aanzienlijk uit. Vanaf de jaren negentig tot heden is dikkefilmtechnologie op grote schaal gebruikt bij de productie van sensoren, medische apparaten,auto-elektronicaen vermogenselektronica. De moderne dikkefilmtechnologie blijft zich verbeteren en integreert geavanceerde materialen en processen om zijn rol in de elektronische productie verder te versterken.
Belang en toepassingen
Belangrijkste toepassingsgebieden en betekenis van dikkefilmtechnologie
Dikkefilmtechnologie neemt een cruciale positie in in de moderne elektronische productie vanwege de brede toepassingsgebieden en het grote belang ervan. Ten eerste wordt dikkefilmtechnologie veel gebruikt bij de productie van elektronische schakelingen, vooral bij de productie van printplaten (PCB's) en hybride schakelingen. De uitstekende geleidende eigenschappen en thermische stabiliteit maken dikkefilmcircuits ideaal voor toepassingen met hoge frequentie en hoog vermogen.
Ten tweede speelt dikkefilmtechnologie een cruciale rol bij de productie van sensoren. Verschillende soorten sensoren, zoals druksensoren, temperatuursensoren en gassensoren, vertrouwen op dikkefilmtechnologie voor hoge precisie enbetrouwbaarheid. Druksensoren met dikke film zetten bijvoorbeeld drukveranderingen om in elektrische signalen door weerstandsmaterialen op een substraat af te zetten.
Bovendien wordt dikkefilmtechnologie op grote schaal toegepast in auto-elektronica, medische apparaten en vermogenselektronische apparaten. In de auto-elektronica wordt dikkefilmtechnologie gebruikt om belangrijke componenten zoals motorregeleenheden (ECU's), antiblokkeerremsystemen (ABS), en airbagcontrolesystemen, bekend om hun hoge temperatuurbestendigheid en duurzaamheid tegen trillingen. In medische apparaten wordt dikkefilmtechnologie gebruikt voor de productie van elektrocardiografen, ultrasone apparatuur en bloedglucosemeters, waarbij hoge betrouwbaarheid en nauwkeurigheid van cruciaal belang zijn.
Over het geheel genomen speelt dikkefilmtechnologie een onvervangbare rol in de moderne elektronische productie vanwege de hoge betrouwbaarheid, precisie en veelzijdigheid ervan. De toepassingen ervan op meerdere sleutelgebieden verbeteren niet alleen de productprestaties en -kwaliteit, maar stimuleren ook voortdurende technologische vooruitgang en innovatie.
Materialen gebruikt in dikkefilmtechnologie
1. Geleidende materialen
Veel voorkomende geleidende materialen die in dikkefilmtechnologie worden gebruikt, zijn onder meer goud, zilver, platina, palladium en koper. Deze materialen worden veel gebruikt vanwege hun uitstekende geleidbaarheid en corrosieweerstand. Goud en zilver, bekend om hun hoge geleidbaarheid, zijn bijvoorbeeld geschikt voor hoogfrequente en hoogvermogencircuits. Platina en palladium worden vanwege hun goede chemische stabiliteit vaak gebruikt in circuits die bestand zijn tegen hoge temperaturen en corrosie. Hoewel koper kosteneffectief is, oxideert het gemakkelijk, waardoor een oppervlaktebehandeling nodig is om de duurzaamheid te vergroten.
2. Resistieve en diëlektrische materialen
Resistieve en diëlektrische materialen zijn ook cruciaal in dikkefilmtechnologie. Veel voorkomende resistieve materialen zijn onder meer rutheniumoxide (RuO₂) en ruthenium-titaanoxide (RuTiO₂), die stabiele en nauwkeurige weerstandswaarden bieden en veel worden gebruikt bij de productie van precisieweerstanden. Diëlektrische materialen, meestal glas of keramiek, zoals aluminiumoxide (Al₂O₃) en bariumtitanaat (BaTiO₃), bieden uitstekende isolatie-eigenschappen en diëlektrische constanten, die worden gebruikt bij de productie van condensatoren en isolatielagen om elektrische isolatie en stabiliteit van circuits te garanderen.
3. Substraatmaterialen
Substraatmaterialen die gewoonlijk in dikkefilmcircuits worden gebruikt, zijn onder meer keramiek, glas en metaal.Keramische substratenzoals aluminiumoxide (Al₂O₃) en aluminiumnitride (AlN) hebben de voorkeur vanwege hun uitstekende thermische geleidbaarheid en mechanische sterkte, die veel worden gebruikt in hoogvermogen- enhoogfrequente circuits. Glassubstraten, bekend om hun goede isolatie- en verwerkingseigenschappen, worden vaak gebruikt bij de productie van laagvermogen- en meerlaagse circuits. Metalen substraten zoals koper en aluminium, met hun uitstekende thermische geleidbaarheid, worden gebruikt in circuits die een hoge warmteafvoer vereisen.
Afdrukprocessen voor dikke films
1. Zeefdruk
Zeefdruk is een methode om inkt via een zeef op een substraat over te brengen. Bij dikkefilmtechnologie worden bij zeefdruk geleidende, isolerende en resistieve materialen op substraten aangebracht. Het proces omvat het controleren van het materiaalafzettingsgebied via patronen op het scherm. De voordelen van zeefdruk zijn onder meer bedieningsgemak, lage kosten en aanpassingsvermogen, geschikt voor afdrukken op verschillende substraten en massaproductie.
2. Fotolithografie
Fotolithografie is een uiterst nauwkeurig drukproces waarbij patronen op substraten worden overgebracht met behulp van lichtgevoelige materialen en maskers. Het proces omvat het coaten met lichtgevoelig materiaal, belichting, ontwikkeling en etsen. De voordelen van fotolithografie zijn onder meer het bereiken van hoge resolutie en fijne patronen, geschikt voor het vervaardigen van complexe circuits. De complexiteit en hoge kosten van fotolithografische apparatuur en processen maken deze echter minder geschikt voor productie op grote schaal.
Sinteren
1. Temperatuurprofiel
Sinteren is een cruciale stap in de dikkefilmtechnologie, waarbij hoge temperaturen ervoor zorgen dat lagen bedrukt materiaal aan het substraat hechten. Een goede temperatuurbeheersing tijdens het sinteren is van cruciaal belang en omvat doorgaans drie fasen: verwarmen, vasthouden en afkoelen. Een goede temperatuurcontrole zorgt voor de hechting en stabiliteit van het materiaal, waardoor scheuren en afbladderen worden vermeden.
2. Apparatuur en technieken
Sinterapparatuur omvat doosovens, bandovens en lasersinterapparatuur. Boxovens zijn geschikt voor kleinschalige productie, waardoor een nauwkeurige controle van temperatuur en atmosfeer mogelijk is. Bandovens zijn ideaal voor grootschalige productie met een hoog rendement en continu gebruik. Lasersinterapparatuur maakt gebruik van laserstralen voor plaatselijke verwarming, geschikt voor zeer nauwkeurige en plaatselijke sintertoepassingen.
3. Impact op materiaaleigenschappen
Het sinterproces heeft een aanzienlijke invloed op de materiaaleigenschappen. Een goede sintering kan de mechanische sterkte, geleidbaarheid en duurzaamheid verbeteren. Overmatige of onvoldoende sintertemperaturen kunnen de materiaaleigenschappen aantasten, waardoor overmatig sinteren en vervorming of onvolledig sinteren ontstaat, waardoor de hechting en elektrische eigenschappen worden aangetast.
Toepassingen van dikkefilmtechnologie
Toepassingen op sensorgebied
Dikkefilmtechnologie is cruciaal bij de productie van sensoren en wordt gebruikt in verschillende sensoren, waaronder druksensoren, temperatuursensoren, gassensoren en vochtigheidssensoren. De uitstekende elektrische prestaties, mechanische sterkte en milieuvriendelijkheidaanpassingsvermogenmaken dikkefilmsensoren breed toepasbaar in industriële, automobiel-, medische en consumentenelektronica.
Bijvoorbeeld XIDIBEI'sXDB305EnXDB306Tserie druksensoren maken gebruik van deze technologie. Door keramische substraten en dikke-filmweerstandsnetwerken te combineren en door sinteren bij hoge temperaturen te gebruiken, hechten resistieve materialen zich stevig aan het substraat, waardoor een uiterst nauwkeurige en betrouwbare drukmeting wordt bereikt. Deze sensoren worden veel gebruikt in de motorbesturing van auto's, industriële procesbesturing en medische apparatuur, en bieden stabiele drukmetingen en feedback.
Dikkefilmtemperatuursensoren detecteren temperatuurveranderingen via de temperatuurcoëfficiënt van dikkefilmweerstandsmaterialen. Deze sensoren hebben een snelle respons, hoge nauwkeurigheid en hoge temperatuurbestendigheid, geschikt voor verschillende omgevingen met hoge temperaturen. In elektronische systemen voor auto's bewaken dikkefilmtemperatuursensoren bijvoorbeeld de temperatuur van het motor- en uitlaatsysteem, waardoor de veiligheid van het voertuig wordt gewaarborgd. In de industriële automatisering monitoren deze sensoren de temperatuurveranderingen van apparatuur, waardoor oververhitting en schade worden voorkomen.
Dikkefilmtechnologie wordt ook veelvuldig gebruikt in gassensoren en vochtigheidssensoren. Dikkefilmgassensoren maken gebruik van de gevoeligheid van specifieke materialen voor gassen en vormen zeer gevoelige en selectieve sensoren door middel van dikkefilmtechnologie. Deze sensoren worden veel gebruikt bij milieumonitoring, industriële veiligheid en controle van de luchtkwaliteit in huis. Vochtigheidssensoren met dikke film detecteren veranderingen in de vochtigheid met behulp van resistieve of capacitieve materialen met dikke film, die veel worden gebruikt bij meteorologische observatie, monitoring van de landbouwomgeving en slimme huizen.
Voortdurende innovatie en verbetering van de dikkefilmtechnologie zullen een cruciale rol blijven spelen op het gebied van sensoren, waarbij wordt voldaan aan de vraag naar hoogwaardige sensoren in verschillende industrieën.
Toepassingen op andere gebieden
1. Elektronica- en halfgeleiderindustrie
Dikkefilmtechnologie wordt veel gebruikt in de elektronica- en halfgeleiderindustrie. De uitstekende geleidbaarheid en thermische stabiliteit maken het ideaal voor de productie van printplaten (PCB's), hybride circuits en meerlaagse printplaten. In hoogfrequente en hoogvermogencircuits biedt dikkefilmtechnologie betrouwbare elektrische prestaties en mechanische sterkte, geschikt voor verschillende elektronische apparaten en halfgeleidermodules. Bovendien wordt dikkefilmtechnologie gebruikt om weerstanden, condensatoren en inductieve componenten te vervaardigen, essentiële onderdelen van elektronische circuits.
2. Medische hulpmiddelen
Dikkefilmtechnologie is uiterst belangrijk in medische apparaten en biedt hoge precisie en betrouwbaarheid voor verschillende kritische medische elektronica. Dikkefilmsensoren worden bijvoorbeeld veel gebruikt in bloeddrukmeters, elektrocardiografen en ultrasone apparatuur, en bieden nauwkeurige meet- en diagnostische gegevens. Bovendien worden dikkefilmcircuits gebruikt in draagbare medische apparaten en implanteerbare elektronische apparaten, waardoor een stabiele werking binnen en buiten het lichaam wordt gegarandeerd. De corrosieweerstand en biocompatibiliteit van dikkefilmtechnologie vergroten de waarde ervan in medische toepassingen verder.
3. Auto-industrie
Dikkefilmtechnologie wordt veel gebruikt in verschillende elektronische besturingssystemen in de auto-industrie. Belangrijke componenten zoals elektronische regeleenheden (ECU's), antiblokkeerremsystemen (ABS) en airbagcontrolesystemen zijn afhankelijk van dikkefilmtechnologie voor hoge temperatuurbestendigheid en duurzaamheid tegen trillingen. Dikkefilmweerstanden en sensoren spelen een cruciale rol in het motormanagement, de carrosseriecontrole en veiligheidssystemen, waardoor de werking van het voertuig onder verschillende omstandigheden wordt gegarandeerd. Bovendien wordt dikkefilmtechnologie gebruikt bij de productie van hoogwaardige elektronische componenten in autoverlichting en audiosystemen.
4. Hernieuwbare energie
Dikkefilmtechnologie wordt steeds vaker toegepast in duurzame energiesystemen. De uitstekende geleidbaarheid en thermische stabiliteit maken het tot een cruciaal onderdeel van zonnecellen, windenergieconversiesystemen en energieopslagapparaten. In zonnecellen wordt dikkefilmtechnologie gebruikt om efficiënte geleidende lagen en elektroden te vervaardigen, waardoor de efficiëntie van de foto-elektrische conversie wordt verbeterd. In windenergieconversiesystemen en energieopslagapparaten zorgen dikkefilmcircuits en sensoren voor uiterst nauwkeurige energiemonitoring en -beheer, waardoor de systeemefficiëntie en betrouwbaarheid worden verbeterd.
Voordelen van dikkefilmtechnologie
1. Hoge betrouwbaarheid en duurzaamheid
Dikke-filmcircuits genieten alom de voorkeur vanwege hun hoge betrouwbaarheid en duurzaamheid. Dikkefilmtechnologie zorgt voor uitstekende mechanische sterkte en elektrische prestaties door geleidende, isolerende en resistieve materialen op substraten te sinteren. Deze circuits kunnen stabiel werken in ruwe omgevingen en zijn bestand tegen hoge temperaturen, vochtigheid en corrosie, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen met hoge betrouwbaarheid, zoals auto-elektronica, industriële besturing en medische apparaten.
2. Kosteneffectiviteit
Dikkefilmtechnologie biedt aanzienlijke kostenvoordelen. Vergeleken met andere uiterst nauwkeurige productieprocessen heeft dikkefilmtechnologie lagere materiaal- en proceskosten. Zeefdruk- en sinterprocessen bij hoge temperaturen zijn relatief eenvoudig, met lagere investerings- en onderhoudskosten voor apparatuur. Bovendien is dikkefilmtechnologie geschikt voor massaproductie, met een hoge productie-efficiëntie, waardoor de productiekosten per eenheid verder worden verlaagd.
3. Maatwerk en flexibiliteit
Dikkefilmtechnologie biedt een hoge mate van maatwerk en flexibiliteit. Verschillende elektrische en mechanische eigenschappen kunnen worden bereikt door zeefdrukpatronen en materiaalformuleringen aan te passen. Dikkefilmtechnologie kan op verschillende substraten printen en voldoet aan uiteenlopende toepassingsbehoeften. Dankzij deze flexibiliteit kan de dikkefilmtechnologie aan de specifieke eisen van de klant voldoen, waardoor een concurrentievoordeel op de markt wordt verkregen.
Uitdagingen van dikkefilmtechnologie
1. Milieukwesties
Dikkefilmtechnologie wordt geconfronteerd met enkele milieu-uitdagingen bij de productie en toepassing. De hoge temperaturen en afgassen die tijdens het sinteren ontstaan, kunnen bijvoorbeeld milieuvervuiling veroorzaken. Bovendien bevatten sommige dikkefilmmaterialen zware metalen en andere schadelijke stoffen, waardoor tijdens de productie en verwijdering speciale milieubeschermingsmaatregelen nodig zijn om de impact op het milieu te minimaliseren.
2. Technische beperkingen
Dikkefilmtechnologie kent enkele technische beperkingen. De patroonprecisie van dikkefilmcircuits is relatief laag vanwege de resolutiebeperkingen van zeefdruk, waardoor het ongeschikt is voor ultrahoge precisie en geminiaturiseerde circuitproductie. Bovendien hebben de materiaalkeuze en de controle van het sinterproces rechtstreeks invloed op de prestaties van het circuit, wat een zorgvuldige afweging en optimalisatie vereist tijdens het ontwerp en de productie.
3. Marktconcurrentie
Dikkefilmtechnologie wordt geconfronteerd met marktconcurrentie van andere geavanceerde productietechnologieën. Dunnefilmtechnologie en gedrukte elektronica bieden in sommige toepassingen een hogere nauwkeurigheid en kleinere afmetingen, waardoor het marktaandeel van de dikkefilmtechnologie geleidelijk wordt aangetast. Om een voorsprong op de concurrerende markt te behouden, moet de dikkefilmtechnologie voortdurend innoveren en verbeteren om de prestaties en het toepassingsgebied ervan te verbeteren.
Innovatie in dikkefilmtechnologie
1. Nanomaterialen
Nanomaterialen hebben de prestaties in dikkefilmtechnologie aanzienlijk verbeterd. Nanodeeltjes hebben grotere oppervlakken en betere fysische en chemische eigenschappen, waardoor de geleidbaarheid, gevoeligheid en betrouwbaarheid van dikkefilmcircuits aanzienlijk worden verbeterd. Door nanomaterialen zoals nanozilver en nanogoud in dikkefilmcircuits te gebruiken, worden bijvoorbeeld een hogere geleidbaarheid en fijnere patronen bereikt, waarmee wordt voldaan aan de behoeften van hoogwaardige elektronische apparaten.
2. Geavanceerde printtechnologieën
Geavanceerde printtechnologieën, zoals inkjetprinten en direct laserschrijven, bieden nieuwe mogelijkheden voor de dikkefilmtechnologie. Deze technologieën zorgen voor een hogere resolutie en fijnere patronen, waardoor de circuitprecisie en -integratie worden verbeterd. Bovendien verminderen geavanceerde printtechnologieën materiaalverspilling en productiekosten, waardoor de productie-efficiëntie toeneemt.
3. Integratie met andere technologieën
Het combineren van dikkefilmtechnologie met andere technologieën is een cruciale richting voor toekomstige ontwikkeling. Het integreren van dikkefilmtechnologie met flexibele elektronica maakt bijvoorbeeld de productie van flexibele en draagbare elektronische apparaten mogelijk. Dikkefilmtechnologie kan ook worden gecombineerd met micro-elektromechanische systeemtechnologie (MEMS) om zeer nauwkeurige en zeer gevoelige sensoren en actuatoren te produceren. Deze geïntegreerde toepassingen zullen de toepassingsgebieden en marktruimte van dikkefilmtechnologie verder uitbreiden.
Toekomstige trends van dikkefilmtechnologie
1. Groei in IoT-toepassingen
De snelle ontwikkeling van het Internet of Things (IoT) brengt nieuwe groeimogelijkheden voor dikkefilmtechnologie met zich mee. Met de toename van het aantal IoT-apparaten neemt de vraag naar uiterst nauwkeurige, betrouwbare en goedkope sensoren aanzienlijk toe. Dikkefilmtechnologie voldoet met zijn uitstekende prestaties en flexibele toepassingen aan de sensorbehoeften van IoT-apparaten. Dikkefilmsensoren spelen bijvoorbeeld een cruciale rol in IoT-toepassingen zoals slimme huizen, industriële automatisering en milieumonitoring. De ontwikkeling van dikkefilmtechnologie zal de miniaturisatie en intelligentie van IoT-apparaten verder bevorderen.
2. Vooruitgang in de materiaalkunde
Vooruitgang in de materiaalkunde biedt een nieuwe impuls voor de ontwikkeling van dikkefilmtechnologie. De ontwikkeling van nieuwe geleidende materialen, halfgeleidermaterialen en isolatiematerialen verbetert voortdurend de prestaties van dikkefilmcircuits. De introductie van nanomaterialen verbetert bijvoorbeeld aanzienlijk de geleidbaarheid en gevoeligheid van dikkefilmcircuits. Bovendien maakt de toepassing van flexibele substraten en transparante geleidende materialen het wijdverbreide gebruik van dikkefilmtechnologie in flexibele elektronica en transparante elektronische apparaten mogelijk. Deze vooruitgang in de materiaalkunde zal het enorme potentieel van dikkefilmtechnologie in opkomende toepassingen ontsluiten.
3. Kansen op de opkomende markten
Dikkefilmtechnologie heeft brede toepassingsmogelijkheden in opkomende markten, zoals draagbare technologie en slim textiel. Draagbare apparaten zoals smartwatches, gezondheidsmonitors en fitnesstrackers vereisen lichtgewicht, duurzame en hoogwaardige elektronische componenten, die dikkefilmtechnologie kan bieden. Bovendien integreert slim textiel elektronische componenten in stoffen, waardoor gezondheidsmonitoring, omgevingsdetectie en interactieve functies worden bereikt, waarbij dikkefilmtechnologie aanzienlijke voordelen biedt. Naarmate deze opkomende markten zich blijven uitbreiden, zal de dikkefilmtechnologie nieuwe ontwikkelingsmogelijkheden ervaren.
Posttijd: 13 juni 2024