大学生指出他们研究的未来
印刷电路板制造是一项技术业务。在不断变化的竞争环境中，需要遵循化学、机械和复杂工艺。尽管如此，该行业仍在沿着一条进化而非革命的道路前进，但这可能正在改变。先进的自动化、人工智能（AI）、机器学习和工业4.0都是对印刷电路板日益增长的需求做出反应的一部分，这些需求不仅更快、更小、更便宜，而且频率更高、损耗更低、更耐温性更强和可靠性更高。在许多情况下，大学系统将带来独特和先进的研究，这将有助于推动行业向前发展。
在本文中，我将向您介绍四个学生，他们是这个行业青年所从事的研究水平的例子。会见Goutham Ezhilarasu、Tony Verghese、Sameeksha Katoch和Emma Pederson三名博士候选人和一名工程学本科生。我在最近于2019年2月在加利福尼亚州蒙特雷举行的FlexTech会议上认识了他们。其中，他们正在进行的基础研究包括开发可以作为热交换器和热传感器（Tony Varghese）的材料、用于设备优化的人工智能学习技术（Sameeksha Katoch和Emma Pederson），以及将集成电路嵌入到柔性互连封装（Goutham Ezhilarasu）中。这四个学生讨论他们的工作、目标和学生职业。
诺兰·约翰逊：你上的是哪所大学，你能告诉我你的研究项目吗？
托尼：我在博伊西州立大学攻读博士学位。我正在攻读学位课程的最后一年，我的工作重点是灵活的热电发电机，它可以根据废热或温差发电。它们也可以用作热触觉仪器，因此它可以根据电流的方向产生热和冷。最后，它们可以用于温度传感。
Sameeksha Katoch：我是亚利桑那州立大学的博士生，与本科生Emma Pedersen一起工作。她在国家科学基金会I/UCRC项目和行业成员（即雷声公司、NXP、英特尔、Sprint等）资助的NeXIP中心（ReU）项目的NSF研究经验中工作。我们做了几个项目，在这些项目中，许多本科生可以获得研究经验。艾玛目前正在研究的NSF网络物理系统（CPS）项目与公用事业规模的太阳能电池板的故障保护有关。
艾玛·佩德森：我在亚利桑那州立大学攻读航空航天工程学位。
我是加州大学洛杉矶分校（UCLA）的博士生。我从事灵活的混合动力电子产品。我正在演示一种灵活的混合电子产品，使用一种被称为扇形晶片级封装（FOVLP）的工艺，这是台积电（台湾半导体制造公司）推广的一种技术。您可以通过在模具周围重新构建晶圆来演示完整的系统。我的意思是，你首先把模具装配在一个上面有粘合剂的晶圆上，然后把成型剂倒进去，让它固化，这样模具就可以嵌入到成型剂中了。
然后，我们就他们各自的研究进行了单独的讨论。首先是托尼和他在热电发电机上的工作。托尼描述了当前的行业形势，以给他的工作一些背景。
Varghese：你在市场上看到的大多数设备都是大批量的；它们非常坚固和坚硬。这个项目的重点是将它们转换成灵活的设备，这样您就可以将它们连接到灵活的传感器上，并最终拥有自供电的传感器和设备。我们在热电材料中寻找的主要特性称为优值（ZT），它取决于材料的导电性、导热性和Seebeck系数。在第一个过程中，我们使用丝网印刷技术开发这种热电材料。我们开发的材料得到了一个ZT的，这是非常接近散装设备。我们的第一个目标是使用柔性添加剂制造技术复制批量设备的价值。
我们用丝网印刷的热电支腿实现了这一点，并且能够使用四支支腿、54微瓦的功率、80°C的温差和18.8毫瓦每平方厘米的功率密度进行开发。这是一个非常高的功率密度，我们可以通过在这个较小的半径上堆叠更多的支腿来进一步提高功率密度。所以，这就是我们发明这种气溶胶喷墨打印的地方，因为它有非常好的特性，它们可以在更小的区域打印出比腿更多的东西，并提高功率密度。
我们使用的另一种技术是光子烧结。这种材料的正常热烧结需要8到10个小时。通过光子烧结，我们可以将其减少到毫秒，所以这是一个非常快速的过程。现在，你可以在传送带上打印和烧结。你打印它，上传到光子烧结机，就完成了。
约翰逊：速度快，信息传达，可复制，可靠。
瓦格西：而且它大大降低了成本。制造成本几乎是80-90%的生产成本。在传统工艺中，所有这些都是在半加性工艺中进行的。你必须按下它并加热它，再一次，完成这个过程可能需要10个小时，时间就是金钱。为了做到这一点，我们用合适的材料制造我们自己的纳米晶体，调整纳米晶体的大小和尺寸；然后，我们把它制成墨水。首先，我们调整油墨特性，使其与气雾剂印刷兼容。下一步，我们研究将要打印的基板。我们研究了承印物的表面化学性质，检查了导电性的处理方法，以及如何提高油墨对表面的润湿性和附着性。
所有这些特性对热烧结都很重要，因为你在这两种材料上使用的热电材料和基板的热膨胀系数不同。光子烧结具有很短的时间和很高的能量脉冲。如果你有一个非常不同的热膨胀系数，材料会破裂，填充物不会很好地粘在基板上。
我们可以在柔软的卡普顿和管状基板上印刷。这个想法是，如果你有热管或冷管，用三维保形打印，一个选择是打印在一个灵活的基板上，并把它包裹在管周围。另一种选择是直接打印到试管上。如果你直接打印到试管上，你就可以更容易、更有效地收集从试管中出来的热量，而不是把一些东西包在试管上。
这是保形印刷的想法，当我们开始这样做的时候，我们发现一旦打印出来，填充物内部就会有很多气孔，因为喷墨打印更像喷墨印刷。它可以随意堆叠材料和蒸发溶剂，同时在其上打印，从而在填充过程中产生一些气泡和孔。采用等静压，使填料致密，降低界面接触电阻，增加接触面积。这也有助于获得更好的光子烧结。
要阅读PCB007杂志2019年4月发行的全文，请单击此处。