Күрделі силикон материалдары арқылы іске асырылған икемді және созылғыш электроника

Икемді схемалардағы сұйық силикон каучуктың (LSR) рөлі

Сұйық силиконды каучук немесе LSR бүгілетін дисплейлердегі түйіспелер мен қазіргі заманғы смартфондардағы иілетін бөлшектер сияқты заттар үшін қажетті өте кішкентай тізбек пішіндеріне құюға мүмкіндік беретін оның өте жұмсақ болуы арқасында иілгіш тізбектерде кеңінен қолданылады. Осы материалды ерекше ететіні — оның температура минус 50 градустан бастап 200 градусқа дейін тербелген кезде де өзінің тұрақтылығын сақтап, шамамен 500% созылуға төзімді болуы. Өткен жылы Advanced Materials Engineering журналында жарияланған соңғы мақалада қызықты нәрсе көрсетілді. LSR-мен жасалған осындай тізбектер 100 мың рет бүгілгеннен кейін электрлік кедергісін 5%-нан аз өзгертті. Осындай жұмыс істеу көрсеткіші басқа қол жетімді материалдарға қарағанда олардың ешқашан сынбай, көп ұзамауын білдіреді.

Силиконға орнатылған созылғыш өткізгіш іздердің дамуы

Күміс ұнтағымен легирленген силикон сияқты жаңа гибридті өткізгіш материалдар қазір 3500 С/см шамасындағы өткізгіштікке жетіп, үзілмеден бұрын өздерінің бастапқы ұзындықтарының үш есе созылуы мүмкін. Осы ерекше өткізгіш жолдар спортпен айналысқан кезде бұлшық ет қимылын бақылайтын желімді тері сенсорларының жұмысын мүмкіндігін туғызады және интенсивті қозғалыс арқылы да күшті сигналдарды сақтап қалады. Соңғы лазерлік түсіру әдістері зерттеушілерге силикон негіздерінің ішінде барынша 15 микрометр еніндегі өткізгіш сызықтар жасауға мүмкіндік береді. Бұл 2021 жылға қарағанда элементтердің өлшемдерін шамамен 60 пайызға кішірейткендігін ескерсек, бұл өте елеулі жетістік. Мұндай өте кішкентай элементтер біз осы сенсорларды беттерге қалай интеграциялайтынымыз бойынша көптеген дәлдікті мүмкіндіктерді ашады.

Зерттеу жағдайы: Денсаулықты бақылау үшін силикон негізіндегі теріге ұқсас сенсорлар

Соңғы зерттеу ұзақ уақыт бойы тыныс алу қиындықтарымен айналысатын 200 адамды қарастырды және қалыңдығы бар болғаны 0,8 мм болатын осы супер жұқа силикон сенсорлары туралы қызықты нәрсе ашты. Олар күні бүгінге дейін тынысты бақылау үшін шынымен тамаша нәтиже көрсетті, дәлдік деңгейі 98,3% - ға жетті. Бұл ескірген қатты электродтарға қарағанда анағұрлым жақсы, олардың дәлдігі шамамен 75% құрады. Миниатюрлы дені саулық технологиялары туралы өткен жылғы ірі хабарламаға сәйкес, бұл жаңа сенсорлардың жақсы жұмыс істеуінің себебі — материал арқылы газдар өте алатындығында. Бұл қасиет адам жеті тәулік бойы оны киіп жүргенде тері проблемаларының пайда болуын алдын алады. Дәрігерлердің клиникада тұрақты емдеуді қажет ететін, бірақ әрқашан мүмкіндігі болмайтын науқастар үшін бұл технологияға қызу қызығушылық білдіруі түсінікті.

Тағатын электроникада өзін-өзі түзететін силикон композиттерге деген құмарлық

Динамикалық дисульфидті байланыстар арқасында өздерін қалпына келтіре алатын силикондар өте тамаша заттар. Олар қалыпты бөлме температурасында шамамен 40 минут ішінде 2 мм кесікті толығымен өздері жазылады, бұл оларды ақылды сағаттардың иық бауы мен AR/VR бас киімдерінің бөлшектері сияқты заттар үшін өте пайдалы етеді. Сандар да өзіне тән әңгіме айтады. Бұл өзін-өзі жазылатын материалмен өнім жасайтын компаниялар әдеттегі силиконнан ауысқаннан кейін ескерту мәселелері жартыға жуық азаяды. Қазіргі кезде адамдар қаншалықты жиі гаджеттерді пайдаланса, өнімнің қызмет ету мерзімі мен бизнеске ұзақ мерзімді тұрғыдан түсетін шығындар тұрғысынан алғанда бұл үлкен айырмашылық.

Механикалық деформация кезінде электрлік бүтіндікті сақтаудағы қиыншылықтар

Ең созылғыш силикон материалдары 250% созылғаннан кейін өткізгіштігінің 20%-дан астамын жоғалтады, әлдеқайда жаңа формулалар бар болса да. Зерттеушілер өткізгіш бөлшектердің ішінде пайда болатын микроскопиялық трещинналар негізінен осы өткізгіштік мәселелеріне әкелетінін атап өтіп, өткен жылы Nature Electronics журналында қызықты мақала жариялады. Алайда табиғатта кездесетін фракталдық үлгілерді пайдалану арқылы материал бетіне кернеуді тиімдірек тарататын іздер жасау арқылы материалдағы кернеу концентрациясын шамамен 70%-ға дейін азайтуға болатын жаңа әдістер пайда болуда. Тұйықтары? Мұндай үлгілердің күрделілігіне байланысты масштабты өндірісте шығару өте қиын. Көптеген компаниялар зертханалық үлгілерден нақты өндіріске өтуге тырысқан кезде қазір осы мәселемен күресіп жатыр.

Функционалды силикон материалдарымен жылумен басқарудағы жаңалықтар

Қуат электроникасы үшін жоғары жылу өткізгіштігі бар силикон майы (3 Вт/м·К)

Қазіргі уақытта электрониканың қуаты шаршы сантиметріне 300 ватттан асатын өте жоғары жылу деңгейлерімен байланысты, бұл дегеніміз — мұндай жылуды шыдай алатын өте жақсы жылулық интерфейстік материалдар қажет. Нақтырақ айтқанда, бор нитриді мен alumina толтырғыштары бар жаңа формулалар арқасында нарықтағы ең соңғы силиконды майлау заттары метр Кельвинге 3 Вт және одан жоғары жылу өткізгіштік көрсеткіштеріне жетті. Бұл жаңа материалдар ескі мырыш оксиді қоспаларына қарағанда жылуды төрт есе жақсырақ таратады. Алдыңғы қатарлы зерттеу зертханалары осындай майларды сынақтан өткізіп, IGBT модульдерінде ыстық нүктелердің температурасын 18-ден 22 градус Цельсийге дейін төмендететінін анықтады. Осындай жақсару компоненттердің қуат циклдау қызмет ету мерзімін шамамен отыз пайызға ұзартуға мүмкіндік береді.

5G базалық станцияларының жылу шығару жүйелеріндегі силиконды саңылау толтырғыштар

5G технологияларда қолданылатын миллиметрлік толқын массивтері кейде шамамен 150 ватт/см² жететін өте қатты жылу пайда болуына әкеледі. Бұл бізге 50 микрометрден кем арақашықтықтағы сол сияқты өте кішкентай беткі тегіс емес орындарға лайықталған арнайы саңылау толтырғыштар қажет екенін білдіреді. Бұл фазалық өзгерісті силиконды композиттер температураның -40°C мен +125°C арасында күрт өзгеруі кезінде де 15 фунт/дюйм² астам қысыммен жақсы контактіні сақтайтындықтан өте жақсы жұмыс істейді. Олар үлкен MIMO антенналарын орналастыру кезінде жиі кездесетін туралау мәселелерін шешеді. Қалалық жағдайларда жүргізілген нақты өрістік сынақтар қызықты нәтиже көрсетті. Бұл материалдарды графит парақтарының орнына қолданған кезде, компоненттің баспалдағынан айналасындағы ауаға дейінгі жылу өткізбестігі шамамен төрттен бір бөлікке төмендейді. Бұл жүйелердің техникалық қызмет көрсету немесе бөлшектерді ауыстыру қажет болғанға дейінгі қызмет ету мерзімі үшін үлкен айырмашылық жасайды.

Талқылау талдауы: Жылу интерфейс материалдары үшін силикон мен графен негізіндегі материалдар

Графенмен күшейтілген TIM материалдары теория жағынан 1500 Вт/мK-ге дейінгі жылу өткізгіштікке ие болуы мүмкін, бірақ практикалық қолдануда интерфейстік контактілік кедергілер мен ылғалдылығы 80% асатын ылғалды ортада тоттану проблемалары туындайды. Өткен жылы Advanced Materials журналында жарияланған зерттеу нәтижесінде силикон композитті материалдар ылғалдылық пен тоңазыту тестінің 5000 циклінен кейін түпкілікті жылу тиімділігінің шамамен 92%-ын сақтай алды. Осыған ұқсас жағдайларда тек шамамен 67% тиімділігін сақтай алатын графен негізіндегі нұсқалармен салыстырғанда бұл өте елеулі көрсеткіш. Сонымен қатар, осы материалдардың табиғи электр изоляциялық қасиеттерін (CTI бағасы 600 вольттан асады) ескерсек, ең жоғары жылу өткізгіштік көрсеткіштеріне қағазда қол жеткізе алмаса да, көптеген инженерлер критикалық электрондық жүйелер үшін силиконды таңдауы түсінікті.

Келесі ұрпақтың дисплей және жарықтандыру технологияларындағы оптикалық сапалы силикон

Мини LED-ті пакеттеу үшін жарықты өткізу көрсеткіші жоғары силикон

Көзге көрінетін жарықтың шамамен 92% дейін өткізу қабілеті бар, оптикалық тазалық деңгейіне сәйкес келетін силикондар қазіргі уақытта мини LED-ті пакеттеудің міндетті компонентіне айналды. Бұл материалдар өндірушілерге экран бетінің толық ауданы бойынша жақсырақ жарық шығару қабілетімен қатар, жұқа болатын дисплейлер жасауға мүмкіндік береді. Бұл материалдардың ерекшелігі — жұмыс істеу кезінде температураның көтерілуіне қарамастан, конструкциялық беріктікті сақтай отырып, жарықтың шашырау проблемасын азайту қабілетінде. 2023 жылғы «Мини LED-ті пакеттеу» зерттеуінің соңғы мәліметтеріне сәйкес, УК-тұрақты нұсқалары үдеулі старение тестінің 1000 сағатынан кейін тіпті 2%-нан аспайтын сарғыштанумен сипатталады және түстің минимальді тарқауын көрсетеді. Мұндай өнімдер күн сәулесіне тұрақты әсер ететін автомобильдегі ойын-сауық жүйелерінде немесе адамдар тәулігі бойы бүктеп-жазып жүрген модаға сай бүктелетін телефондарда қолдану үшін идеалды таңдау болып табылады.

Оптикалық силикондағы реттелетін сыну көрсеткіші дисплейдің пайдалы әсер коэффициентін арттырады

Сыну көрсеткіші 1,41-ден 1,53-ке дейінгі диапазонда реттелетін силикондар материалдардың жанасу нүктесінде пайда болатын Френель шағылуларын азайтуға көмектеседі. Нәтижесінде микроЖИС матрицаларынан шығатын жарықтың шығуы бүгінгі таңда нарықтағы қалыпты герметиктермен салыстырғанда шамамен 18% артады. Жартылай өткізгіш қабаттардың сыну көрсеткіші қолданылатын оптикалық силиконмен сәйкес келген кезде компаниялар өнімдерінің жылулық тұрақтылығы мен практикалық иілгіштігін сақтай отырып, жарық шығаруды жақсартады.

Өнеркәсіптегі парадокс: мөлдір силикондардағы мөлдірлік пен беріктікті тепе-теңдікте ұстау

Лабораториялық сапалы силикондар жарықты өткізу көрсеткішін 94% деңгейіне жеткізе алатын болса да, коммерциялық нұсқаларда көбінесе беріктікке қол жеткізу үшін мөлдірліктен бас тартылады — сызықтарға төзімді толтырғыштар әдетте мөлдірлікті 6–8% азайтады. Жаңа нано деңгейдегі беттік өңдеулер майысуға төзімділікті үш есе арттыра отырып, жарық өткізу көрсеткішін 90%-дан аса сақтайды, бұл AR/VR линзалары мен сыртқы ортадағы тозуға ұшырайтын цифрлық ақпарат тақталары үшін маңызды жетістік.

Ақылды интеграция және силикон электроникалық аксессуарларындағы Интернет заттарымен үйлесімділік

Силиконның икемділігі барлық түрлі жұмыс істейтін бөлшектерді иілетін құрылымдарға тікелей енгізуге мүмкіндік береді. Бұл материалдарға енгізілген температура сенсорлары 50 рет иілгеннен кейін де дәлдігін Цельсий бойынша жарты градустан аспайтын шамада сақтайды. Осы уақытта қозғалысты анықтау негізіндегі денсаулық бақылау құрылғыларының алғашқы нұсқалары 98% дәлдікке жетті. Тұрақты қозғалыс болған кезде де осындай өнімділік жақсы сақталады. Нақты қолданбалар үшін бұның мағынасы ыңғайлы: біз қалыпты пайдалану жағдайларында механикалық тұрғыдан сынбайтын серпімді IoT сенсорларынан сапалы деректерді жинауға мүмкіндік алдық.

Силиконмен инкапсуляция арқылы сымсыз зарядтауға ыңғайлылығы жақсартылды, соңғы прототиптер 3 мм қалыңдықтағы қаптамалар арқылы 84% пайдалы әрекет коэффициентіне жетті. 15 Вт тез зарядтау сеансы кезінде 2023 жылғы Wireless Power Consortium деректері бойынша температура 40°C-тан аспайды. Бұл жылу тұрақтылығы жиі стерилизациялануы қажет болатын ақылды сағаттардың белбеулері мен медициналық имплантаттар үшін силиконды идеалды материал етеді.

Адамдар өз денсаулығына көбірек назар аудара бастаған сайын, ақылды силиконды тақатын гаджеттер жыл сайын шамамен 25% өсіп отырған. 2024 жылғы MarketsandMarkets зерттеуіне сәйкес, барлық пайдаланушылардың жуық екі үштен бірі өмірлік маңызы бар көрсеткіштерді тұрақты түрде бақылайтын денсаулық құрылғыларын қалайды. Саланың алдыңғы қатарлы компаниялары биологиялық тілімді SpO2 сенсорлары мен тері өткізгіштігін бақылайтын құрылғыларды біріктіріп, құрылғылар жасауды бастады. Бұл өнімдер теріге ұзақ уақыт бойы тиіп тұрғанымен, тітіркендіру немесе ауырсыну туғызбайтындай етіп ISO 10993-5 талаптарына сәйкес келетін медициналық сапалы силикон материалдарын қолданады. Алғашқы технологиялар мен теріге қолайлы материалдардың осы үйлесімі тақатын құрылғыларды күнделікті пайдалану үшін ыңғайлы да, тиімді етеді.

Силикон электроникалық аксессуарларының бапталуы мен өндірістің дамуы

тапсырыс бойынша силикон электроникалық аксессуарларының 3D басып шығарылуы

Силикон электроника әлеміне қосымша өндіру әдістері арқасында дене пішініндегі бөлшектерді жарты миллиметрлік дәлдікпен жасау мүмкіндігі елеулі өзгерістер енгізді. Екі материалды 3D басып шығару арқылы компаниялар қатты электроникалық бөліктерді нағыз теріге жанасатын жұмсақ беттермен қоса алады. Бұл МРТ машиналарының ішінде жұмыс істейтін, бірақ оларға кедергі келтірмейтін киінетін құрылғылар жасағанда ерекше пайдалы. Шаруашылық саласындағы адамдардың айтуынша, өңдеу үлгілерін дайындау уақыты көне әдістерден қазіргі әдіске ауысқаннан бері шамамен 87 пайызға төмендеді, бұл факт соңғы жылғы «Тапсырыс бойынша силикон қолданбалары» есебінде расталды. Сонымен қатар, бұл жаңа өнімдер ылғалды ортада жиі болатын ауруханаларда қажетті IP67 суға төзімділік стандартын сақтайды.

LSR құю арқылы тұтынушы электроникасындағы массалық персонализация тенденциялары

Жасанды интеллектпен басқарылатын қалыптар мен өңдеу кезінде силиконның ағыстылығына нақты уақыт режимінде түзетулер енгізу арқасында сұйық силиконды каучук (LSR) құю әдісіндегі соңғы жаңартулар бір шикізат партиясында 50-ден 80-ге дейінгі Шоре А шкаласы бойынша жұмсақтан орташа қаттылыққа дейінгі әртүрлі қаттылықтағы шамамен 150 әртүрлі түсті өнімдер шығаруға мүмкіндік беруде. Қазіргі таңда тұтынушылар өздерінің құрылғыларының әмбебап болуын қалайды, сондықтан мұндай дербестендіру адамдардың талап етіп отырған нәрсеге дәл келеді. Сонымен қатар, өндірушілер киінетін құрылғылар үшін маңызды UL94-V0 өрт қауіпсіздігі стандартын сақтап қалуда. Саланың хабарламалары бұл әдістің материалдардың шамамен үштен бір бөлігін қалдықсыз қылып үнемдеуге мүмкіндік беретінін көрсетеді. Дегенмен, бір циклде 60 секундтан кем уақыт ішінде күрделі бөлшектерді жасау әлі де барлық осындай жетістіктерге қарамастан өндірушілер үшін қиындық туғызып отыр.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Икемді схемалар үшін сұйық силиконды каучук (LSR) неге қолайлы?

LSR икемді тізбектер үшін идеалды, өйткені ол өте жақсы созылуға (шамамен 500% дейінгі деформациялық қалпына келу) және жылулық тұрақтылыққа ие, -50°C-тан 200°C-қа дейінгі температуралық диапазонда жұмыс өнімділігін сақтайды.

Денсаулықты бақылау үшін силикон негізіндегі теріге ұқсас сенсорлардың пайдасы қандай?

Силикон негізіндегі теріге ұқсас сенсорлар қатты электродтарға қарағанда жоғары дәлдік (98,3% қарсы 75%), тыныс алу қабілеті және терінің тітіркенуін азайту сияқты пайдасын ұсынады, бұл оларды ұзақ мерзімді бақылау үшін қолайлы етеді.

Силикон электроникасында жылумен басқару неге маңызды?

Жылумен басқару силикон электроникасы жиі жоғары жылу деңгейіне тап болатындықтан маңызды; алдыңғы қатарлы силикон майы сияқты тиімді жылумен басқару материалдары құрылғының қызмет ету мерзімін және өнімділікті арттыруға мүмкіндік береді.

Электроникада силикон IoT-ға үйлесімділікке қалай үлес қосады?

Силиконның икемділігі температура мен қозғалыс сенсорлары сияқты компоненттерді IoT құрылғыларында механикалық істен шығу қаупінсіз сенімді деректер жинауды қамтамасыз ететін тәрізді біріктіруді мүмкіндік береді.

3D басып шығару силикон электроникасының өндірісіне қалай әсер етті?

3D басып шығару силикон электроникасының өндірісін революцияландырды, ол жоғары дәлдіктегі, дене пішіндес бөлшектерді тиімді түрде жасауға мүмкіндік береді және тәжірибелік үлгілерді әзірлеу уақытын шамамен 87% қысқартады.