Миниатюризацияланған Силиконды Электроника Қосымша Құрылғыларының Көтерілуі

Компактты және жеңіл құрылғыларға деген сұраныстың өсуі силикон интеграциясын ынталандырады

Гаджеттер барған сайын кішірейген сайын, электроника әлемі соңғы кезде силиконға шынымен қосылды. Өткен жылы IndustryWeek дерек бойынша, өндірушілердің шамамен екі үштен бір бөлігі қалыңдығы 15 мм-ден аспайтын өнімдер туралы сөз болғанда, енді олардың кішкентай құрылғыларының аксессуарлары үшін силиконға толық көшті. Силикон неге қызықтырады? Тұтынушылар силиконды ыңғайлы сағаттары мен бүгілетін экрандары үшін өте жақсы пайдаланады, олардың сүйікті өте жұқа дизайндарына дейін сығылады. Технологиялық компаниялардың зерттеу бөлімдері силиконды формалауды, мысалы, коннекторлар мен салондар сияқты заттар үшін ауыр пластиктерді пайдаланбауды меңгерді. Бұл ауыстыру кейбір жағдайларда салмақты жартыға дейін азайтады, бірақ бәрі сенімді болып қалады.

Силиконның кішірек және тиімді электрондық конструкцияларды жасаудағы рөлі

Су өткізбейтін сақиналар мен антенналар корпусы сияқты бөлшектерде 0,3 мм-ден кіші қабырға қалыңдығын қамтамасыз ететін жетілдірілген сұйық силикон каучук (LSR) құрамдары мынаны мүмкінді етеді:

• медициналық имплантаттардағы сенсорлардың ауданы 50% кішірейеді
• есту аппараттарындағы тізбектердің орналасуы 30% тығыздау болады
• Иілгіш гибридті электроникамен (FHE) тікелей интеграциялануы

Бұл жетістіктер шектеулі кеңістікте сенімділікті сақтай отырып, компоненттердің жоғары тығыздығын қолдайды.

Кішірейтілген силикон компоненттерін қолданатын киілетін және имплантацияланатын құрылғыларға нарықтың ынталануы

Халықаралық нарықтық талдаулардың өткен жылғы мәліметтеріне сәйкес, 2026 жылға дейін шамамен 200 миллион силиконмен қапталған биосенсорлар киінетін денсаулық сақтау технологияларында қолданылатын болады. Соңғы жылдары имплантатты құрылғылардағы жетістіктер силиконның биологиялық сұйықтықтарға жақсы төзімді болуы арқасында кішкентай электронды компоненттердің корпусы ретінде қаншалықты жақсы жұмыс істейтінін көрсетті. Нарықта соңғы кезде кең таралып келе жатқан аугменттелген нақтылық әйнектер мен контактсіз төлем сақиналары сияқты құрылғыларға дәлме-дәл сәйкестікті талап ету үшін басым тұтынушылық электроника өндірушілері қазіргі уақытта миллиметрден кіші дәлдіктегі силикон бөлшектердің өсуін талап етуде. Бұл сұраныс өнеркәсіпті соңғы жылдары дәлме-дәл формаластыру жабдықтарын жаңартуға жуық 2,1 миллиард доллар жұмсауға итермеледі.

Кішілендірілген электроникадағы силиконның материалдық артықшылықтары

Силикондағы икемді және созылғыш электроника конформды құрылғы интеграциясын мүмкіндігін береді

Силикондың бастапқы өлшемінен үш ес артық созылуы мүмкін және жылынбайды, бұл тікелей теріге тиетін киілетін технологиялар мен дене пішініне дәл келуі тиіс медициналық имплантттар үшін өте қолайлы. 2024 жылғы «Қосымша материалдар» есебінде атап өтілгендей, иілгіш электроника саласындағы соңғы жаңалықтар қозғалыс болған кезде де электр тогының үздіксіз жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Бұл иілгіш қасиеттерді шынымен жұмыс істейтін компоненттермен қосқанда, электрондық құрылғылар өздері орналасқан бетіне толықтай сәйкес келетін өте қызықты мүмкіндіктер туады.

Кішігірім электрондық құрылғылардағы термиялық басқару үшін жетілдірілген силикондық герметиктер

Жоғары тығыздықты электроника үлкен жылу бөліп шығарады, бірақ бор нитридімен толтырылған силиконды инкапсулянттар 5 Вт/мК — стандартты нұсқалардан 15 есе жоғары жылу өткізгіштікке ие болады. Бұл материалдар компактты қуат модульдері мен LED-тердің қызып кетуін болдырмақ үшін пайдаланылады және 200°C-ге дейінгі температурада тұрақты жұмыс істеуін қамтамасыз етеді (Parker Hannifin 2023).

Жоғары тығыздықты схемалардағы электрлық изоляция мен қоршаған ортаға төзімділік

Диэлектрлік беріктігі 20 кВ/мм және табиғи гидрофобтылығы арқасында силикон ылғалдылыққа, шаңға және химиялық будағы субмиллиметрлік схемаларды сәтті изоляциялайды. Доға мен коронадан төзімділігі электр көліктерін зарядтау жүйелері сияқты жоғары кернеулі қолданбаларда қауіпсіздік пен ұзақ қызмет ету үшін қажетті силиконды қолдануға мүмкіндік береді.

Кішігірім конструкциялардағы механикалық және жылулық кернеудегі ұзақ қызмет ету

Қысу арқылы формаланған силикон -55°C-тан 250°C-қа дейінгі температуралық тербелістерге және 10 000-нан астам иілу циклдарына сынбай немесе қатаймай ұзақ уақыт шыдайды. Тездетілген күресу тестері моделденген пайдаланудың бес жылдан кейін механикалық қасиеттердің 93% сақталатынын көрсетті, бұл қатаң жағдайларда ұзақ мерзімді сенімділікті растайды.

Силикон құрамы мен өңдеу технологияларындағы инновациялар

Дәлдікпен жасау арқылы сенімді миниатюризацияланған силикон электроникалық аксессуарлары

Сұйық силикон каучук (LSR) пен айналдыру әдісінде жасалған соңғы жаңартулар ақылды сағаттар мен имплантацияланатын медициналық құрылғылар сияқты заттар үшін 0,1 мм-ден кіші дәлдікпен бөлшектерді шығаруды мүмкін етеді. Соңғы материалдардың қоспалары ескі нұсқалармен салыстырғанда созылу беріктігін шамамен жартыға арттырды, бірақ қазір де жұқа, бірақ берік болатын тығыздау беттерін жасау үшін қажетті иілгіштікті сақтайды. Өндірушілер сонымен қатар қателерді 0,02%-ден төменгі қарқынмен анықтайтын жасанды интеллектіге негізделген көру жүйелерін енгізуде. Жүрек жиымын реттегіштердің корпусы сияқты маңызды қолданулар туралы сөз болғанда, онша кіші ақаулар да фатальды болуы мүмкін, сондықтан осындай дәлдік өте маңызды.

Күрделі миниатюра геометриялар үшін алдыңғы қатарлы қолдану әдістері

Силиконды 3D басып шығарудағы соңғы жетістіктер қабаттың ажыратымдылығын 20 микроннан төмен түсірді, бұл есту құралдарының конструкциясында ауа ағынын басқаратын күрделі торлы құрылымдар жасау мүмкіндігін ашады. Екі материалды экструзия технологиясы арқасында өндірушілер шынымен өткізгіш жолдарды силикон негізгі материалға тікелей басып шығара алады, бұл дәстүрлі сенсорлы орнатуларда кездесетін сымдардың шатасты пучоктарын жояды. Нейралдық зондтарды қаптау кезінде электрлік брызгалау әдістері шамамен 5 микрон қалыңдықтағы тұрақты жұқа қабаттар береді. Бұл дәстүрлі салу әдістерімен алған нәтижеге қарағанда шамамен 30 пайызға жұқа, ал медициналық құрылғылардың дене ішінде қауіпсіз жұмыс істеуі мен дұрыс изоляциялануы туралы сөз болғанда, бұл айырмашылық үлкен маңызға ие.

Силикон негізіндегі құрылғыларға ақылды сезгіштер мен Интернеті заттар мүмкіндіктерін интеграциялау

Бүгіндері миллиметрлік шағын MEMS-сезгіштердің өзі силикон материалдарының ішіне дәл осындай кішкентай өлшемде интеграциялануда, сонымен қатар олар икемділігін сақтап қалады. Кейбір зерттеулер созылғыш RFID белгілерінің бастапқы өлшемінен екі есе созылған кезде де сигнал күшінің шамамен 98% сақталуымен жақсы жұмыс істейтінін көрсетті. Мұндай технология спорт құрал-жабдықтары сияқты әртүрлі қолданыстар ашып береді, онда спортшылар қалпына келу кезеңінде үздіксіз кері байланыс алуы қажет. Сонымен қатар өнеркәсіптік орталарда IP68 бағалауы бойынша қатаң жағдайларға төзімді силиконмен қорғалған ортаға әсер ететін сезгіштердің температура 150 градус Цельсийге жеткенде де дұрыс жұмыс істеуі байқалды. Бұл алдын ала жабдықтардың істен шығуын болжау зауыт алаңындағы мониторинг жүйелері үшін уақыт пен ақша үнемдеу мағынасында өте құнды болып табылады.

Медициналық және тұтынушылық электроника саласындағы негізгі қолданыстар

Имплантацияланатын сезгіштер мен нейростимуляторлар: медициналық құрылғылардағы миниатюризацияланған силикон

Медициналық имплантаттарда силиконның жақсы жұмыс істеуінің себебі оның денемен қалай әрекеттесетініне және уақыт өте жұмсақтығын сақтауына байланысты. Дәрігерлер жүрек қызметін бақылау құрылғылары мен ми стимуляторлары сияқты заттар үшін медициналық сапалы силиконға сүйенеді, себебі бұл материалдар адам денесінде болып жатқан өзгерістерге икемделеді, тітіркендіру немесе ауырсыну туғызбайды. Сонымен қатар, олар пациенттен ақпарат жинаған кезде жақсырақ нәтиже береді. 2024 жыл шамасында жүргізілген зерттеу бойынша барлық ЭЭГ және ЭМГ электродтардың шамамен екі үштен бірі силиконнан жасалған. Неге? Себебі бұл материал дене сұйықтары мен ұлпаларына ұшыраған кезде электрді нашарлатпай өте жақсы өткізеді.

Икемді силикон қолданылатын миниатюрлі есту құралдары мен тасымалды денсаулық мониторлары

Пациентке бағытталған дизайн тенденциялары силикон негізіндегі тасымалданатын құрылғылардың таратылуын ынталандырады. Жұқа қабатты силикон негіздері дәстүрлі үлгілерге қарағанда 40% кішігірім профильді есту аппараттарын мүмкіндік береді, ал созылғыш үлгілер қозғалысқа бейім денсаулық мониторларында терімен тұрақты жанасуды қамтамасыз етеді. Бұл құрылғылар қазіргі уақыттағы ауыруды қашықтан бақылау шешімдерінің 22%-ын құрайды.

Бағалы силикон электроникасының аксессуарларын пайдаланатын ақылды сағаттар мен денсаулық бақылау құрылғылары

Силиконның соққыны жұтуы және УК-төзімділігі тұтынушылық тасымалданатын құрылғылардың қызмет ету мерзімін ұзартады. Алғашқы сапалы ақылды сағаттардың 80%-нан астамы ішкі электрониканы ылғал мен бөгде заттардан қорғау үшін силикон сақиналарды қолданады. Гибридті силикон құрамдары биометриялық сенсорларды жағынбаққа тегіс енгізуге мүмкіндік береді, осылайша ыңғайлылық пен сигналдың дәлдігін арттырады.

Силиконды құю арқылы судан және соққыдан қорғалған тұтынушылық электроника

Жоғары тығыздықты схемаларды қатаң жағдайлардан қорғайтын силиконды құю қоспалары. Әмбебап телефондарда олар суға байланысты істен шығу деңгейін 35% азайтады. Автомобильдердің көркем-ақпараттық жүйелері бірте-бірте 20G дейінгі тербелістерге төзімді болатын силиконмен инкапсуляцияланған модульдерге негізделуде, бұл динамикалық жағдайларда сенімді жұмыс істеуді қамтамасыз етеді.

Кішірейтілген силикон электроникасындағы болашақтағы тенденциялар мен тұрақты даму

Кіші құрылғылар үшін келесі ұрпақтың жылулық интерфейстік материалдары мен инкапсулянттар

Өткен жылғы салалық талдауға сәйкес, жаңа силикон негізіндегі жылу интерфейс материалдары (TIM) қазір 8-ден 12 Вт/мК дейінгі өткізгіштікке ие болып, бүгінгі күні біз кездесетін өте компактты электрондық жүйелердегі жылу мәселелерін шешуде жақсы нәтиже береді. Осы материалдардың ерекшелігі – олар 30 микроннан да жұқа болатын байланыс сызықтарымен жұмыс істей алады және киінетін құрылғылар мен Интернет заттары сенсорларының ішіндегі жоғары қуатты микросхемаларға қолданылған кезде сынбай, жарылмай, жеткілікті серпімділікті сақтайды. Соңғы уақыттағы инкапсулянт формулалары тек жылуды жақсы шығарумен ғана емес, сонымен қатар иондық ластанудан қорғау қабілетімен де ерекшеленеді, яғни электроника ұзақ уақыт бойы қатаң орталарға ұшырағанымен де ұзақ жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Бұл екі қосарлы артықшылық осы материалдарды көптеген салаларда миниатюризация қиындықтарымен күресетін өндірушілер үшін ерекше құнды етіп отыр.

Экстремалды миниатюризация дәуіріндегі жартылай өткізгішті пакеттеу шектеулерін жеңу

Чип пакеттері дәстүрлі 2,5D конструкциядан тыс жағдайларда бола бастаған кезде, 5 микрометрлік интерконнект тораптарында гибридті байланыстыру үшін силикондық желімдер маңызды рөл атқара бастайды. Бұл кәдімгі эпоксидті нұсқалармен алғанда шамамен 60% жақсырақ нәтиже береді. Қазіргі уақытта қолданылатын кейбір қызықты қосымша өндіру әдістері арқасында осы силикондық бөлшектер өте кішкентай чип масштабты пакеттердегі қажетті орындарға дәл келтіріле алады. 2025 жылғы ғарыш электроникасына жасалған соңғы шолу осы тенденцияны айқындайды. Сонымен қатар, әртүрлі салалық ұйымдар өндірушілер өз өнімдерінің 200 градус Цельсийден жоғары температураның тұрақты әсеріне шыдайтынын дәлелдей алу үшін ASTM сертификатталған протоколдарды ретке келтіруді жүзеге асырып жатыр.

Силикондық электроникалық аксессуарлардың тұрақты және масштабталатын өндірісі

Өткен жылғы GreenTech есептеріне сәйкес, дәстүрлі әдістермен салыстырғанда еріткішсіз силиконды формулаларға ауысу летучие органикалық қосылыстардың шығарындыларын шамамен 78 пайызға дейін төмендетеді. Тұйық циклді жүйелер микромодельдеу қондырғыларынан күйдіру алдында силикон материалдарының 90%-дан астамын қайта өндіреді. Ал сонымен қатар, арнайы УК-қатайтылатын нұсқалар массалық өндіріс кезінде энергия шығынын шамамен 40% үнемдейді. Бұл барлық жақсартулар ISO 14040 экологиялық әсер бағалау талаптарына сай келеді, яғни өндірушілер енді өз операцияларына көп көміртегі іздерін қоспай-ақ өндірістік масштабда кішігірім бөлшектерді шығара алады.

Жиі қойылатын сұрақтар

Неліктен силикон миниатюризацияланған электронды құрылғыларда қолданылады?

Силикон жеңіл, икемді және ұзақ мерзімді болуы себебінен миниатюризацияланған электроника құрылғыларының тығыз кеңістіктері үшін идеалды. Оның жылулық және электрлік оқшаулау қасиеттері құрылғының жұмыс істеуін одан әрі жақсартады.

Силикон электроника өндіруде тұрақты дамуға қалай ықпал етеді?

Силикон негізіндегі өндіру әдісі ұшпа органикалық қосылыстардың шығарылуын азайтады және қайта өңдеуді жеңілдетеді, соның арқасында экологиялық әсер төмендейді. Жаңа құрамдар өндіру кезінде энергия шығынын да азайтады.

Медициналық құрылғылар үшін силикон бойынша қандай жетістіктерге қол жеткізілді?

Силикон имплантаттар мен тасымалданатын денсаулық мониторларында науқастарға лайықталып, олардың ыңғайлылығын және құрылғының жұмыс істеу сапасын жақсартатын кішірек, дәлірек медициналық құрылғылардың шығуына мүмкіндік берді.