Уявіть, що ви їдете й насолоджуєтеся краєвидом, коли раптом сильна злива перетворюється на проливний дощ. Незважаючи на те, що склоочисники працюють на повну швидкість, видимість продовжує погіршуватися. Ви зупиняєтесь, сподіваючись, що шторм скоро мине.
Чекаючи, ви не можете не дивуватисядовговічністьвашого автомобіля. Він витримав незліченну кількість погодних умов, від палючої спеки до холоду, і все ще працює чудово. Що робить його таким стійким?
Відповідь полягає в процесі, який називається технологією товстої плівки. Ця інноваційна технологія створюєелектронні схемиякі можуть витримувати суворі навколишні умови шляхом накладання провідних і резистивних матеріалів на aпідкладка.
Товстоплівкові компоненти, як крихітні воїни, захищають своє довкілля. Вони можуть витримувати екстремальні температури, високу вологість і навіть фізичні удари та вібрацію, що робить їх широко використовуваними в таких вимогливих сферах, як автомобільна, аерокосмічна тапромислове застосування.
Вступ до технології товстої плівки
Визначення та огляд
Технологія товстої плівки – це процес, який використовується у виробництві електронних схем. Він передбачає нанесення шарів матеріалів на підкладку, таку як кераміка, скло або метал, для формування електронних компонентів. Товщина цих шарів зазвичай коливається від 10 до 100 мікрометрів. Порівняно з тонкоплівковою технологією, товста плівкова технологія має більш товсті шари матеріалу, що забезпечує вищу механічну міцність і довговічність.
Основне визначення
Технологія товстої плівки передбачає нанесення провідних, ізоляційних і резистивнихматеріалівна підкладку за допомогою таких методів, яктрафаретний друкі обприскування. Ці матеріали потім спікаютьсявисока температураs для забезпечення міцного зчеплення. Theспіканняпроцес зазвичай відбувається при температурах від 850°C до 950°C, що забезпечує хорошу адгезію та стабільність шарів матеріалу.
Історичний розвиток
Походження та еволюція
Технологія товстої плівки виникла на початку 20-го століття зі швидким розвитком електронної промисловості, зумовленої потребою у високопродуктивних і надійних електронних компонентах. Вперше він був застосований у радіо- та телевізійній промисловості, де перші пристрої вимагали точних і надійних електронних компонентів. Інженери розробили методи нанесення товстих шарів матеріалів на підкладки для формування електронних схем, поклавши початок технології товстої плівки.
У 1950-х роках технологія товстої плівки почала використовуватися в промисловості, головним чином для виробництва резисторів і простих електронних схем. З розвитком напівпровідникової промисловості в 1960-х і 1970-х роках технологія товстої плівки все частіше використовувалася для виготовлення складніших схем. У цей період були введені процеси високотемпературного спікання для підвищення адгезії та стабільності матеріалу, розширюючи застосування процесів товстої плівки велектронне виробництво.
До 1980-х років технологія товстої плівки отримала подальший розвиток і набула популярності, особливо у виробництвігібридні схемиі багатошарові друковані плати. За цей час різноманітність матеріалів і застосувань для товстоплівок значно розширилася. З 1990-х років і до сьогодні технологія товстої плівки широко використовується у виробництві датчиків, медичних приладів,автомобільна електроніка, і силова електроніка. Сучасна технологія товстої плівки продовжує вдосконалюватися, включаючи передові матеріали та процеси для подальшого зміцнення своєї ролі у виробництві електроніки.
Важливість і застосування
Основні сфери застосування та значення технології товстої плівки
Технологія товстої плівки займає вирішальну позицію в сучасному електронному виробництві через широкі сфери застосування та значну важливість. По-перше, технологія товстої плівки широко використовується у виробництві електронних схем, зокрема у виробництві друкованих плат (PCB) і гібридних схем. Його чудові електропровідні властивості та термічна стабільність роблять товстоплівкові схеми ідеальними для високочастотних і потужних застосувань.
По-друге, технологія товстої плівки відіграє життєво важливу роль у виробництві датчиків. Різні типи датчиків, наприклад датчики тиску, температури та датчики газу, покладаються на технологію товстої плівки для високої точності танадійність. Наприклад, товстоплівкові датчики тиску перетворюють зміни тиску в електричні сигнали шляхом нанесення резистивних матеріалів на підкладку.
Крім того, технологія товстої плівки широко застосовується в автомобільній електроніці, медичних пристроях і силових електронних пристроях. В автомобільній електроніці технологія товстої плівки використовується для виготовлення ключових компонентів, таких як блоки керування двигуном (ЕБУ), антиблокувальні системи (ABS) і системи керування подушками безпеки, відомі своєю стійкістю до високих температур і вібрації. У медичних пристроях технологія товстої плівки використовується для виробництва електрокардіографів, ультразвукового обладнання та моніторів рівня глюкози в крові, де висока надійність і точність є критичними.
Загалом технологія товстої плівки відіграє незамінну роль у сучасному електронному виробництві завдяки своїй високій надійності, точності та універсальності. Його застосування в багатьох ключових сферах не тільки покращує продуктивність і якість продукту, але й сприяє постійному технологічному прогресу та інноваціям.
Матеріали, що використовуються в технології товстої плівки
1. Провідні матеріали
Звичайні провідні матеріали, що використовуються в технології товстої плівки, включають золото, срібло, платину, паладій і мідь. Ці матеріали знайшли широке застосування завдяки відмінній електропровідності та стійкості до корозії. Наприклад, золото і срібло, відомі своєю високою провідністю, підходять для високочастотних і потужних ланцюгів. Платина і паладій, з їх хорошою хімічною стабільністю, часто використовуються в високотемпературних і корозійно-стійких схемах. Хоча мідь є економічно вигідною, вона легко окислюється, що вимагає обробки поверхні для підвищення її довговічності.
2. Резистивні та діелектричні матеріали
Резистивні та діелектричні матеріали також мають вирішальне значення в технології товстих плівок. Поширені резистивні матеріали включають оксид рутенію (RuO₂) і оксид рутенію-титану (RuTiO₂), які забезпечують стабільні та точні значення опору та широко використовуються у виробництві точних резисторів. Діелектричні матеріали, зазвичай скло або кераміка, такі як оксид алюмінію (Al₂O₃) і титанат барію (BaTiO₃), мають чудові ізоляційні властивості та діелектричні константи, які використовуються у виробництві конденсаторів та ізоляційного шару для забезпечення електричної ізоляції та стабільності ланцюгів.
3. Матеріали підкладки
Матеріали підкладки, які зазвичай використовуються в товстоплівкових схемах, включають кераміку, скло та метал.Керамічні підкладкияк оксид алюмінію (Al₂O₃) і нітрид алюмінію (AlN), користуються перевагою через їх чудову теплопровідність і механічну міцність, широко використовуються в потужних івисокочастотні ланцюги. Скляні підкладки, відомі своїми хорошими ізоляційними та технологічними властивостями, часто використовуються у виробництві малопотужних і багатошарових схем. Металеві підкладки, такі як мідь і алюміній, з їх відмінною теплопровідністю використовуються в схемах, що вимагають високого розсіювання тепла.
Процеси друку товстої плівки
1. Трафаретний друк
Трафаретний друк — це спосіб перенесення фарби на підкладку через трафарет. У технології товстої плівки трафаретний друк наносить на підкладки провідні, ізоляційні та резистивні матеріали. Процес передбачає контроль площі нанесення матеріалу за допомогою шаблонів на екрані. Переваги трафаретного друку включають простоту експлуатації, низьку вартість і адаптивність, придатність для друку на різних підкладках і масового виробництва.
2. Фотолітографія
Фотолітографія - це високоточний процес друку, який переносить візерунки на підкладки за допомогою фоточутливих матеріалів і масок. Процес включає покриття світлочутливим матеріалом, експонування, проявлення та травлення. Переваги фотолітографії включають досягнення високої роздільної здатності та тонких візерунків, придатних для виготовлення складних схем. Однак складність і висока вартість фотолітографічного обладнання та процесів роблять його менш придатним для великомасштабного виробництва.
Спікання
1. Температурний профіль
Спікання є критичним кроком у технології товстої плівки, де високі температури забезпечують прилипання шарів друкованого матеріалу до основи. Належний контроль температури під час спікання має вирішальне значення, зазвичай включає три етапи: нагрівання, витримку та охолодження. Правильний контроль температури забезпечує адгезію та стабільність матеріалу, уникаючи тріщин та відшарування.
2. Обладнання та техніка
Обладнання для спікання включає ящикові печі, стрічкові печі та обладнання для лазерного спікання. Коробчасті печі підходять для невеликого виробництва, дозволяючи точно контролювати температуру та атмосферу. Стрічкові печі ідеально підходять для великомасштабного виробництва з високим ККД і безперервною роботою. Обладнання для лазерного спікання використовує лазерні промені для локального нагріву, що підходить для високоточних і локальних спікань.
3. Вплив на властивості матеріалу
Процес спікання істотно впливає на властивості матеріалу. Правильне спікання може підвищити механічну міцність, електропровідність і довговічність. Надмірна або недостатня температура спікання може погіршити властивості матеріалу, викликаючи надмірне спікання та деформацію або неповне спікання, впливаючи на адгезію та електричні властивості.
Застосування технології товстої плівки
Застосування в області датчиків
Технологія товстої плівки має вирішальне значення у виробництві датчиків, які використовуються в різних датчиках, включаючи датчики тиску, температури, датчики газу та датчики вологості. Його відмінні електричні характеристики, механічна міцність і екологічністьадаптивністьроблять датчики з товстої плівки широко застосовними в промисловій, автомобільній, медичній та побутовій електроніці.
Наприклад, XIDIBEIXDB305іXDB306TСерія датчиків тиску використовує цю технологію. Завдяки поєднанню керамічних підкладок і товстих плівкових резисторних мереж і застосуванню високотемпературного спікання резистивні матеріали міцно з’єднуються з підкладкою, що забезпечує високу точність і надійність вимірювання тиску. Ці датчики широко використовуються в управлінні автомобільними двигунами, промисловими процесами та медичному обладнанні, забезпечуючи стабільне вимірювання тиску та зворотний зв’язок.
Датчики температури товстої плівки виявляють зміни температури через температурний коефіцієнт товстої плівки резистивних матеріалів. Ці датчики відрізняються швидкою реакцією, високою точністю та стійкістю до високих температур, що підходить для різних середовищ із високими температурами. Наприклад, в автомобільних електронних системах датчики температури товстої плівки контролюють температуру двигуна та вихлопної системи, забезпечуючи безпеку автомобіля. У промисловій автоматизації ці датчики контролюють зміни температури обладнання, запобігаючи перегріву та пошкодженню.
Технологія товстої плівки також широко використовується в датчиках газу та вологості. Товстоплівкові датчики газу використовують чутливість певних матеріалів до газів, утворюючи високочутливі та вибіркові датчики за допомогою технології товстої плівки. Ці датчики широко використовуються в моніторингу навколишнього середовища, промислової безпеки та контролю якості повітря вдома. Товстоплівкові датчики вологості виявляють зміни вологості за допомогою товстих плівкових резистивних або ємнісних матеріалів, які широко використовуються в метеорологічних спостереженнях, моніторингу сільськогосподарського середовища та розумних будинках.
Постійні інновації та вдосконалення технології товстої плівки й надалі відіграватимуть життєво важливу роль у галузі датчиків, задовольняючи попит на високопродуктивні датчики в різних галузях.
Застосування в інших сферах
1. Електроніка та напівпровідникова промисловість
Технологія товстої плівки широко використовується в електронній та напівпровідниковій промисловості. Його відмінна провідність і термостабільність роблять його ідеальним для виробництва друкованих плат (PCB), гібридних схем і багатошарових плат. У високочастотних і потужних колах технологія товстої плівки забезпечує надійні електричні характеристики та механічну міцність, що підходить для різних електронних пристроїв і напівпровідникових модулів. Крім того, технологія товстої плівки використовується для виготовлення резисторів, конденсаторів та індуктивних компонентів, важливих частин електронних схем.
2. Медичні прилади
Технологія товстої плівки надзвичайно важлива в медичних пристроях, забезпечуючи високу точність і надійність різної критичної медичної електроніки. Наприклад, датчики з товстою плівкою широко використовуються в моніторах артеріального тиску, електрокардіографах та ультразвуковому обладнанні, пропонуючи точні вимірювання та діагностичні дані. Крім того, схеми з товстої плівки використовуються в носячих медичних пристроях і імплантованих електронних пристроях, забезпечуючи стабільну роботу всередині та поза тілом. Стійкість до корозії та біосумісність технології товстої плівки ще більше підвищують її цінність у медицині.
3. Автомобільна промисловість
Технологія товстої плівки широко використовується в різних автомобільних електронних системах управління. Ключові компоненти, такі як автомобільні електронні блоки керування (ECU), антиблокувальні гальмівні системи (ABS) і системи керування подушками безпеки, покладаються на технологію товстої плівки для стійкості до високих температур і вібрації. Товстоплівкові резистори та датчики відіграють вирішальну роль в управлінні двигуном, кузовом і системах безпеки, забезпечуючи роботу автомобіля в різних умовах. Крім того, технологія товстої плівки використовується у виробництві високоефективних електронних компонентів в автомобільному освітленні та аудіосистемах.
4. Відновлювана енергетика
Технологія товстої плівки все частіше застосовується в системах відновлюваної енергії. Його чудова провідність і термічна стабільність роблять його важливим компонентом сонячних елементів, систем перетворення енергії вітру та пристроїв накопичення енергії. У сонячних елементах технологія товстої плівки використовується для виготовлення ефективних провідних шарів і електродів, що підвищує ефективність фотоелектричного перетворення. У системах перетворення енергії вітру та пристроях накопичення енергії товстоплівкові схеми та датчики забезпечують високоточний моніторинг та керування енергією, підвищуючи ефективність і надійність системи.
Переваги технології товстої плівки
1. Висока надійність і довговічність
Товстоплівкові схеми користуються широкою перевагою через їх високу надійність і довговічність. Технологія товстої плівки забезпечує відмінну механічну міцність і електричні характеристики завдяки спіканню провідних, ізоляційних і резистивних матеріалів на підкладках. Ці схеми можуть стабільно працювати в суворих умовах, стійкі до високих температур, вологості та корозії, що робить їх придатними для високонадійних застосувань, таких як автомобільна електроніка, промислове керування та медичні пристрої.
2. Економічність
Технологія товстої плівки забезпечує значні економічні переваги. Порівняно з іншими високоточними виробничими процесами, технологія товстої плівки має менші витрати на матеріали та процес. Процеси трафаретного друку та високотемпературного спікання відносно прості, з меншими інвестиціями в обладнання та витратами на обслуговування. Крім того, технологія товстої плівки підходить для масового виробництва з високою ефективністю виробництва, що додатково знижує витрати на одиницю продукції.
3. Налаштування та гнучкість
Технологія товстої плівки забезпечує високий ступінь налаштування та гнучкості. Різні електричні та механічні властивості можна досягти шляхом коригування шаблонів трафаретного друку та складу матеріалів. Технологія товстої плівки може друкувати на різних підкладках, задовольняючи різноманітні потреби застосування. Ця гнучкість дозволяє технології товстої плівки відповідати конкретним вимогам клієнтів, отримуючи конкурентну перевагу на ринку.
Проблеми технології товстої плівки
1. Екологічні проблеми
Технологія товстої плівки стикається з певними екологічними проблемами під час виробництва та застосування. Наприклад, високі температури та відпрацьовані гази, що утворюються під час спікання, можуть спричинити забруднення навколишнього середовища. Крім того, деякі товсті плівкові матеріали містять важкі метали та інші шкідливі речовини, що вимагає спеціальних заходів захисту навколишнього середовища під час виробництва та утилізації, щоб мінімізувати вплив на навколишнє середовище.
2. Технічні обмеження
Технологія товстої плівки має деякі технічні обмеження. Точність малюнка схем товстої плівки відносно низька через обмеження роздільної здатності трафаретного друку, що робить його непридатним для виробництва надточних і мініатюрних схем. Крім того, вибір матеріалів і контроль процесу спікання безпосередньо впливають на продуктивність схеми, вимагаючи ретельного балансування та оптимізації під час проектування та виробництва.
3. Ринкова конкуренція
Технологія товстої плівки стикається з ринковою конкуренцією з боку інших передових технологій виробництва. Технологія тонкоплівки та друкована електроніка пропонують вищу точність і менші розміри в деяких додатках, поступово вторгаючись на частку ринку технології товстої плівки. Щоб зберегти перевагу на конкурентному ринку, технологія товстої плівки має постійно впроваджуватися та вдосконалюватися, щоб підвищити її продуктивність і сферу застосування.
Інновації в технології товстої плівки
1. Наноматеріали
Наноматеріали значно покращили продуктивність у технології товстої плівки. Наночастинки мають більшу площу поверхні та кращі фізичні та хімічні властивості, що значно покращує провідність, чутливість і надійність товстоплівок. Наприклад, використання таких наноматеріалів, як нано-срібло та нано-золото, у товстих плівкових схемах забезпечує вищу провідність і більш тонкі візерунки, що відповідає потребам високопродуктивних електронних пристроїв.
2. Передові технології друку
Удосконалені технології друку, такі як струменевий друк і лазерний прямий запис, відкривають нові можливості для технології товстої плівки. Ці технології досягають вищої роздільної здатності та більш тонких візерунків, допомагаючи покращити точність схем та інтеграцію. Крім того, передові технології друку зменшують відходи матеріалу та виробничі витрати, підвищуючи ефективність виробництва.
3. Інтеграція з іншими технологіями
Поєднання технології товстої плівки з іншими технологіями є вирішальним напрямком майбутнього розвитку. Наприклад, інтеграція технології товстої плівки з гнучкою електронікою дозволяє виготовляти гнучкі електронні пристрої, які можна носити. Технологія товстої плівки також може поєднуватися з технологією мікроелектромеханічних систем (MEMS) для виробництва високоточних і високочутливих датчиків і виконавчих механізмів. Ці інтегровані програми ще більше розширять сфери застосування та ринковий простір технології товстої плівки.
Майбутні тенденції технології товстої плівки
1. Зростання додатків IoT
Швидкий розвиток Інтернету речей (IoT) відкриває нові можливості для розвитку технології товстої плівки. Із різким зростанням кількості пристроїв Інтернету речей значно зростає попит на високоточні, високонадійні та недорогі датчики. Технологія товстої плівки з чудовою продуктивністю та гнучким застосуванням відповідає потребам сенсорів пристроїв IoT. Наприклад, датчики з товстої плівки відіграють вирішальну роль у додатках Інтернету речей, таких як розумні будинки, промислова автоматизація та моніторинг навколишнього середовища. Розвиток технології товстої плівки сприятиме мініатюризації та інтелекту IoT-пристроїв.
2. Досягнення в матеріалознавстві
Досягнення в матеріалознавстві дають новий імпульс для розвитку технології товстої плівки. Розробка нових провідних матеріалів, напівпровідникових матеріалів та ізоляційних матеріалів постійно покращує продуктивність товстоплівкових схем. Наприклад, введення наноматеріалів значно підвищує провідність і чутливість товстоплівкових схем. Крім того, застосування гнучких підкладок і прозорих провідних матеріалів дозволяє широко використовувати технологію товстої плівки в гнучкій електроніці та прозорих електронних пристроях. Ці досягнення в матеріалознавстві розкриють величезний потенціал технології товстої плівки в нових сферах застосування.
3. Ринкові можливості, що розвиваються
Технологія товстої плівки має широкі перспективи застосування на ринках, що розвиваються, таких як носільні технології та розумний текстиль. Носимі пристрої, такі як розумні годинники, монітори здоров’я та фітнес-трекери, вимагають легких, міцних і високопродуктивних електронних компонентів, які може забезпечити технологія товстої плівки. Крім того, розумний текстиль інтегрує електронні компоненти в тканини, забезпечуючи моніторинг здоров’я, датчик навколишнього середовища та інтерактивні функції, де технологія товстої плівки має значні переваги. Оскільки ці ринки, що розвиваються, продовжують розширюватися, технологія товстої плівки матиме нові можливості розвитку.
Час публікації: 13 червня 2024 р