TechBlick
プリンテッド、ハイブリッド、構造、3Dエレクトロニクス
ACI Alchemy Conductive Inks Enabling
Next Generation Flexible and 3D Electronics
Michael Mastropietro
エンジニアリング担当副社長 - ACIマテリアルズ
背景
パーコレーション・コンダクター vs
シンタリング・コンダクター
パーコレーション・コンダクタの課題
現在、市販されている導電性インクは、従来のポリマー厚膜（PTF）銀タイプのものである。 これは、溶剤に溶かした熱可塑性ポリマーに導電性フィラーを高濃度に分散させた「パーコレーション」タイプの導電体である。印刷後に乾燥させると、溶媒が抜けてポリマーの相が収縮し、導電性フィラーが密着することになる。プラス面としては、基板の界面を濡らすポリマーの量が多いため、良好な接着性が得られます。 欠点は、粒子上のポリマーと有機物の安定剤が接触抵抗を生み、電気的性能を低下させることで、最良のものでも鉛（Pb）オーダーの体積抵抗率しか得られない。
印刷されたように濡れる
乾燥後
ポリマーと
のフレーキングからの「潤滑剤」が接触「抵抗」を生む。
基板界面の樹脂
が接着をもたらす。
ネクストレベル - 焼結性導体
PTF導体特有の粒子間接触抵抗を克服するために、過去20年間に焼結性導体が導入されました。焼結性導体は、適切な条件（高い硬化温度または長い硬化時間、典型的な薄い膜厚）の下では、パーコレーション導体よりも一歩進んだ導電性を提供することができ、バルク銀に近い導電性を持つ。 これにより、銀の使用量を減らすことができ、コスト削減につながります。 しかし、基板を十分に濡らすのに十分な樹脂を配合することは非常に難しく、焼結を妨げずに抵抗率を向上させることはできません。 また、PTF導体を乾燥させるのに適した温度で焼結させるのも難しい。 そのため、PTF導体は何十年も前から市販されており、実験室では十分な性能を発揮するが、商業用電子機器にはほとんど使用されていない。
印刷されたように濡れる
乾燥後
焼結では、接触
抵抗が得られない。
抵抗率を悪化させずに
樹脂を基板に付着させることは困難です。
ACI's Inks of Future
半焼結またはハイブリッド導電体
ACIのAlchemy導電性インクは、「両方の世界のベスト」を提供します。 このインクには、PTF製品などの一般的な基板に完全な接着を実現するのに十分な樹脂が含まれており、多くの場合、同様の時間で硬化させることができます。 しかし、粒子が焼結しているため、多くのナノ粒子や錯体ベースのインクと同様の抵抗率となり、膜厚もはるかに大きくなります。アルケミーという名前は、鉛のような性能を持つ現在の材料を、より金に近い性能を持つ材料に直接置き換えることができるという例えから来ています。これにより、銀の使用量を減らすことができ、ナノインクが主張するようなコスト削減が可能になります。
印刷されたように濡れる
乾燥後
粒子と高アスペクトのフレークの間にあるいくつかの焼結
純粋なナノよりも高い樹脂含有量
焼結材料は優れた接着性をもたらす。
アルケミーシリーズ特典
パフォーマンス
短時間で体積抵抗率を下げる
パフォーマンス
シート抵抗の低減とキュアタイムの短縮
パフォーマンス
優れたハードクリ-スの耐久性
パフォーマンス
EMIスプレー遮蔽コーティング
パフォーマンス
リフローはんだ付けが可能
注意してください。 Semi社、FlexTech社、Army Research Laboratory社との共同開発 - （下記参照）
パフォーマンス
妥協のない高精細印刷
コスト削減
アルケミー・インクでデバイスあたりのコストを削減
Semi社、FlexTech社、Army Research Laboratory社との共同開発
本資料は、W911NF-19-2-0345の契約に基づき、Army Research Laboratoryがスポンサーとなって実施した研究に基づいています。米国政府は、政府の目的のために、著作権表示にかかわらず、複製および配布することを許可されています。
本資料に記載されている見解や結論は著者のものであり、明示的にも黙示的にも、陸軍研究所（ARL）や米国政府の公式な方針や推奨を必ずしも表していると解釈してはならない。
アルケミーシリーズ使用時
フレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクス
高電流密度バスバー
「CHASM Advanced Materials, Inc.のチーフマーケティングオフィサーであるKen Klapproth氏は、「自動車から産業機器まで、CHASMのCNTハイブリッド材料を使用した透明ヒーターは、数平方インチから何平方フィートもの大きさで、様々な業界の製品イノベーターに大きな刺激を与えています。 「ACI社のAlchemy導電性インクのような互換性のある材料を自由に使えることで、顧客が目にすることのない最高のフレキシブルプリンテッドエレクトロニクスを製造するために必要な多様性を得ることができます」と述べています。
-写真提供：CHASM
3Dプリント
独自のフォームファクタを実現する
ダイ・アタッチ
ダイ・アタッチ用シンタリング・ペーストなど
RD0090x シンタリングペースト
差別化と付加価値
アンバンドリングへの挑戦
キャビテーション前の混合サンプルでは、SWCNTのコードが大きな束になっている。コードの幅は50〜200nmである（個々のSWCNTの公称直径は2.5nmなので、20〜80チューブの幅）。SWCNTの巨大な表面積とファンデルワールスの吸引力のために、SWCNTは強く結合する傾向がある。そのため、SWCNTのアスペクト比に大きなダメージを与えることなくコードを解き放つことは非常に困難です。SEMでは、コードのナノ構造を評価する能力は限られており、ACI Materialsが現在持っていない他のイメージング技術を使って明らかにすることができます。また、乾燥したフィルムが、溶媒が気化しても凝集しないでいられるかどうかも不明である。表面積が非常に大きいため、CNTの多くが互いにくっついてしまう可能性があるからだ。
赤いバーは10µmスケールを示し、直径が10µm以上、長さが30µm以上のバンドルもあることがわかる。
7K Xの倍率では、束が和音で構成されていることの本質がわかる。
70K Xの倍率では、和音のスケール感がわかる。黄色の刻みは、幅が〜50nmである。
キャビテーション - アンバンドリングソリューション
キャビテーションの処理パラメータを制御することで、CNTのアスペクト比を維持したまま効果的にアンバンドリングを行うことができます。また、アンバンドリングの量を制御することで、目標とする体積抵抗率とシート抵抗のバランスや、望ましいレオロジー特性を得ることができます。
粘度・体積抵抗
ACI Materialは、キャビテーションの処理パラメータを正確に制御することで、CNTのアスペクト比を維持したまま、効果的にCNTをアンバンドリングすることができます。このプロセスでは、発生するアンバンドリングと分散の量を制御できるため、結果として体積抵抗率と望ましいレオロジー特性の最適なバランスが得られます。
このグラフは、ACIがプロセス制御によって、与えられた用途に適切な粘度で最高の電気的性能を発揮する条件を選択できることを示している。これらの体積抵抗値は、純粋なSWCNTのステンシル印刷されたフィルムを乾燥させ、様々な処理条件で評価したものです。
ACIマスターバッチコンセントレート
Masterbatch
Concentrates
高アスペクト比(HAR)粒子のマスターバッチ(濃縮物)
ACIは、高付加価値の機能性フィラーを高濃度に分散させており、これを添加剤として使用することで性能を向上させることができます。
ACIマスターバッチには、カーボンナノチューブや窒化ホウ素など、効果的に分散させることが難しい材料が含まれています。私たちは、様々な溶媒やポリマーに難解な材料を分散・剥離させることができます。
ACIの分散技術は、大きな凝集物を効果的に除去することで、トップサイズの粒子の制御に優れています。
高価で難分散性の機能性フィラーの分散については、お問い合わせください。
