Запропоновано новий метод створення м'якої електроніки

Дослідники Virginia Tech розробили інноваційний метод створення м'якої електроніки, що відкриває шлях до створення передової м'якої робототехніки, пристроїв, що носяться, і багато чого іншого. У проєкті «м'якої електроніки», розробленому командою Майкла Бартлетта (Michael Bartlett), головного дослідника та доцента кафедри машинобудування, основна увага приділяється схемам, що керують усіма електронними з'єднаннями.

Ця нова техніка використовує мікрокраплі рідкого металу для створення структури, що нагадує сходинку, яка формує невеликі провідні канали, звані проходами. Ці проходи створюють електричні з'єднання між шарами схеми, не вимагаючи свердління отворів, як це робили попередні техніки.

«Це наближає нас до таких захопливих можливостей, як просунута м'яка робототехніка, пристрої, що носяться, та електроніка, яка може розтягуватися, згинатися і скручуватися, зберігаючи при цьому високу функціональність», - каже Майкл Бартлетт.

Першим автором статті, опублікованої в журналі Nature Electronics, став Донг Хе Хо (Dong Hae Ho), постдокторант, який працює з Майклом Бартлеттом. До команди Virginia Tech у цьому дослідженні долучилися колеги Лінг Лi (Ling Li), доцент Пенсільванського університету, і Ченхао Ху (Chenhao Hu), аспірант із команди Лi.

Робота була підтримана премією Бартлетта за програмою молодих дослідників Управління військово-морських досліджень і премією Національного наукового фонду з раннього розвитку кар'єри викладачів (CAREER), а також підтримкою Virginia Tech.

Попередні дослідження м'яких схем, розроблені командою Бартлетта, замінюють негнучкі матеріали на м'які електронні композити та крихітні краплі рідкого металу, що проводять електрику. Ця м'яка електроніка є частиною галузі технологій, що швидко розвивається, які надають гаджетам новий рівень міцності.

У цьому проєкті дослідники зайнялися проблемою м'яких друкованих плат, зокрема проходженням електричного струму між шарами, які укладаються один на одного. Це важливо для ефективного використання електричного струму в тісному просторі, який займають друковані плати.

У той час як у традиційній жорсткій електроніці використовуються добре відпрацьовані технології створення отворів, які необхідні для створення поширеної сьогодні багатошарової електроніки, вони часто вимагають свердління отворів у друкованій платі, що працює, коли для з'єднання шарів використовуються жорсткі матеріали. У гнучкому матеріалі, де пробитий отвір може розтягнутися, контроль над струмом вимагає іншого підходу.

Нова методика команди не робить ніяких отворів і використовує мікрокраплі рідкого металу для формування м'яких каналів і планарних міжз'єднань, створюючи електричні з'єднання через і між шарами схеми, долаючи ці труднощі. Процес містить спрямовану стратифікацію крапель рідкого металу всередині фотогуми. Використовуючи нерівності, що виникають під час ультрафіолетового опромінення, дослідники створюють уступчасту структуру, яка дає змогу краплям контрольовано збиратися в 3D.

Такий підхід дуже універсальний, і ці рідиннометалеві віаси та міжз'єднання можуть бути реалізовані в декількох типах матеріалів. Можна піти далі та використовувати цей підхід багаторазово, створюючи все нові й нові шари.

У відомих методах створення електроніки та інших мікро- і нанотехнологій під час ультрафіолетового опромінення зазвичай виникають дефекти, відомі як аномалії країв маски, або підрізи, що створюють проблеми при стандартному виробництві. Однак дослідники перетворили цей недолік на особливість - краї ділянок, які зазнали ультрафіолетового опромінення, змушують краплі рідкого металу осідати та розшаровуватися у вигляді вертикальних сходів. Така спрямована збірка дає змогу краплям сформувати безперервний шлях через фотогуму, з'єднуючи верхній і нижній шари, які потім повністю тверднуть, щоб зафіксувати конфігурацію на місці. Цей процес відбувається одночасно, а осідання крапель відбувається швидко, тож процес створення кількох отворів займає менше ніж хвилину.

«Використовуючи ці небажані в інших випадках крайові ефекти, ми можемо створювати м'які провідні канали, які швидко і паралельно з'єднують різні шари схеми», - говорить Хо. «Ми можемо робити це, зберігаючи гнучкість і механічну цілісність пристрою м'якої електроніки».

«Завдяки інтеграції з шарами схем, розташованими як у площині, так і поза нею, можна створювати м'які, гнучкі схеми зі складними багатошаровими архітектурами», - зазначає Бартлетт. «Це дає змогу створювати нові форми м'якої електроніки, де безліч м'яких каналів і міжз'єднань створюють паралельно і просторово контрольованим чином. Це дуже важливо для розвитку цієї галузі».

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI