博士号を取得後、彼は中国科学院に留まり、3Dプリント基板を研究した。彼は、現代の人類に貢献できる研究だけをするつもりだと語った。

出典: New Materials Online

露光、現像、エッチングなどのサブトラクティブプロセスに基づくシリコンベースのマイクロエレクトロニクス技術、銅張回路基板技術、大規模集積回路技術は50年以上にわたって開発されてきました。集積回路処理の技術はますます複雑になり、投資はますます大規模になっています。集積回路産業は、世界でも数社の多国籍企業によって独占されている産業となっている。

近年、軽量、フレキシブル（曲げられる、折り畳める、丸められるなど）、大面積、ウェアラブルなどの新しい電子製品に対する需要が高まっている一方で、従来の産業汚染や環境破壊が地球の「生態バランス」と人類の「生命安全」を深刻に脅かしています。グリーン環境保護と持続可能な開発は国際社会の共通の課題となり、中国の国家発展戦略にも推進されています。そのため、このような背景の下で、印刷およびフレキシブル電子技術、有機電子技術、ウェアラブル電子技術、透明電子技術、紙電子技術など、一連の非伝統的なシリコンベースの電子技術が生まれました。その中で、プリンテッドエレクトロニクス技術は、伝統的な印刷技術と電子技術を統合し、伝統的な印刷技術を電子機器製造に応用する新興技術・産業分野です。従来のシリコンベースのマイクロエレクトロニクスデバイスの加工製造技術と比較すると、印刷製造技術は、低エネルギー消費、材料節約、腐食のないプロセス、グリーン環境保護などの特徴があり、薄くて柔軟性のある大面積の電子製品の効率的な製造に適しており、国の政策によって強力にサポートされています。

2011 年 10 月、中国科学院化学研究所、中国科学院蘇州ナノテクノロジー研究所、天津大学、北京グラフィックコミュニケーション学院などの機関により、国家プリンテッドエレクトロニクス産業イノベーション連盟が設立されました。 2012年5月、中国は第1回国際プリンテッドエレクトロニクス標準作業委員会への出席に招待されました。 2013年、常州にプリンテッドエレクトロニクス産業研究所が設立されました。これは、地方政府が立ち上げた中国初の研究機関であり、プリンテッドエレクトロニクス産業の技術開発に重点を置いています。この時点で、我が国のプリンテッドエレクトロニクス産業が世界の舞台に登場し始めました。
最近、New Materials Online®は中国科学院化学研究所グリーン印刷研究所重点実験室を訪問し、中国科学院化学研究所の張星野准研究員にインタビューしました。張氏が率いる「フレキシブル回路のグリーンデジタルインテリジェント製造」プロジェクトは、プリンテッドエレクトロニクス業界に新たなビジネスチャンスをもたらしました。

彼は人類に利益をもたらす研究だけをしようと決心した。張星野は中国科学院で修士課程と博士課程を修了した後、留まって科学研究を続けることを決意した。彼に会ったことのある人なら誰でも、彼が真面目で少し「強迫観念的」な人だということがわかっている。彼は「1つの分野に集中し、5年から10年後に、この分野について考えるときに他の人が私のことを思い出すようになることを望んでいます」「壁に釘を打ち込むようなものです。1つの分野に5年から10年間集中して打ち続ければ、必ず成果が得られます」「私にとって科学研究を行う最大の動機は達成感、つまり自分の科学研究の成果が社会と自然環境に変化と改善をもたらすことができるという達成感です」。多くの人が「修士号」「博士号」「博士研究員」になることで貴重な時間の多くが無駄になっていると感じた後、彼は学術的な成功を収めた後、科学研究に従事することを決意し、QQの署名に「現代人類に直接プラスの貢献をする研究だけを行う」と書いた。
山東省出身の張星業氏は、中国科学院化学研究所の准研究員であり、国際プリンテッドエレクトロニクス標準専門家グループのメンバーでもある。世界の電子回路産業が急速に発展する中、中国は労働力、土地、水、電力、資源、政策などで大きな優位性を持っており、世界の電子回路産業は徐々に先進国から中国へと移行しつつある。 2006年、中国は生産額で日本に代わり世界最大のPCB生産拠点となり、成長率は世界の業界をはるかに上回りました。「中国の電子産業の台頭により、中国は主要な回路基板製造国となった」と張星業氏はNew Materials Online®に語り、世界の回路基板の約半分が中国で製造されており、中国南部は世界最大の回路基板製造拠点となっていると語った。

しかし、回路基板の製造工程における汚染は衝撃的です。張星野氏は「重金属汚染は個人の安全と食糧安全保障を直接的に深刻に脅かしているほか、フィルム剥離・現像廃水、シアン含有廃水、ニッケル含有廃水、複合廃水、一般清掃廃水、有機廃水など大量の水質汚染も伴っており、わが国の関連地域で短期間で回復できない土壌汚染を引き起こしている」と述べた。

深刻な環境汚染を背景に、2011年に張星業氏と彼のチームは、回路基板を製造するためのグリーンで環境に優しいプロセス技術の探求と開発を始めました。中国科学技術部がグリーンプリント回路技術の基礎研究を行うプロジェクトを立ち上げたのも、この背景の1つでした。その後、中国科学院のパイロットプロジェクトは、このプロジェクトのパイロット生産を支援し、産業化プロセスを加速することに重点を置きました。

プロジェクトが承認された後、彼はグリーンプリント基板の研究に全力を注ぎました。彼の決意は単なる口先だけのものではありませんでした。

ノズル問題を解決するために、寝食を共にしながら研究のことを考えていた。<br /> グリーンプリント回路技術プロジェクトは、回路基板製造プロセスにおける汚染問題を解決するために、電子機器業界にグリーンで環境に優しい回路製造ソリューションを提供します。張星業氏は次のように紹介した。「このプロジェクトは、グリーン3Dプリント電子回路の核心、つまりプリント回路を入り口として、各種電子インクの準備、印刷基板の大規模処理、印刷ソフトウェアとハードウェアの統合など、さまざまなキーテクノロジーを突破し、グリーン3Dプリント回路製造の産業化を実現します。」回路の付加製造は、主に導電性インクの層ごとのインクジェット印刷プロセスを通じて実現されます。
プリント回路プロセスと従来のエッチング回路プロセスの比較「このプロジェクトの利点は、第一に、回路製造サイクルが大幅に短縮されることです。テンプレートは必要なく、30分でサイクルが完了し、印刷したものが得られます。第二に、グリーン回路生産を実現することです。これにより、「3つの無駄」が排除されるだけでなく、エネルギー消費が大幅に削減されます。第三に、インテリジェント回路製造を実現します。これにより、回路基板業界のデジタル設計、リモートコントロール、「無人」管理が実現され、「ワンクリック」回路製造が実現され、回路基板業界が「インダストリー4.0」と「中国製造2025」に接続するためのインテリジェントソリューションを提供できます。」張星野氏はNew Materials Online®に語った。同時に、3Dプリント電子回路技術は極めて強力な機密性を備えており、電子設計図の流出を防ぎ、航空宇宙や軍事分野で広く活用できます。
グリーン 3D プリント回路製造を実現するには、技術競争優位性とコア指標として、新しい印刷電子材料の開発と印刷電子インテリジェント印刷装置の準備が必要であり、これらはいずれも不可欠です。

新しい印刷電子材料に関して言えば、導電性インクは 3D インクジェット印刷回路の重要な技術および中核材料です。「プリント基板が高い電流伝導率を維持するには、導電性インクは銀含有量が高く、インピーダンスが低いなどの特性を備えている必要があります」と張星業氏はNew Materials Online®に語った。しかし、銀含有量の高い導電性インクが張星業氏のチームにもう一つの大きな技術的課題をもたらすことは予想外だった。

3D プリント回路のプロセスでは、アスファルト道路を石で舗装するのと同じように、導電性インク内の金属粒子が回路に敷き詰められます。インクには多量の金属粒子（約40wt%）が含まれているため、インクの安定性を維持するのは非常に困難です。粒子は沈降しやすく、3Dプリントノズルのノズルサイズは約20ミクロンです。粒子が沈降すると、ノズルが詰まってしまいます。

以前、開発の初期段階では、張星業氏のチームは Me70 プリントヘッドなどのエプソンのオフィスプリンターを使用していました。「このタイプのプリントヘッドは、オリジナルのエプソン機から取り外されたものです。比較的安価です。400元以下だったと記憶しています。インクの使用量が少なく、印刷を開始するのに必要なインクは数十ミリリットルだけです。プリントヘッドが詰まったり壊れたりした場合は、新しいものに交換するだけです。コストは低く、メンテナンスも必要ありません」と張星業氏は回想する。

その後、工業用ノズルに移行したとき、難易度は飛躍的に増加しました。「コメット1024シリーズやフジサンバのプリントヘッドは約3万元かかります。当社のインクがお客様のプリントヘッドを詰まらせた場合、プリントヘッドの代金だけでなく、設置費用や休業賃金などもお客様に補償しなければなりません」と張星業氏は語った。同時に、元のグラフィック印刷では、1つまたは複数のノズルが詰まっても視覚認識には影響しませんが、印刷回路は機能部品に属しており、1つのノズルが詰まると回路基板が廃棄される可能性があります。

工業用プリントヘッドは循環インクを使用するため、インクの需要が大幅に増加します。少なくとも数リットルのインクを循環させる必要があるため、導電性インクの品質、バッチ安定性、生産能力に非常に厳しい要件が課せられます。数え切れないほどの問題が次から次へと起こった。張星業さんは「プロジェクトの責任者として、私は大きなプレッシャーを感じていました。当時は、寝食を共にしながら解決策と実現可能性について考えていました」と語った。

それはタイミングと運の問題です。数年にわたり中国科学院からナノテクノロジーに関する戦略的優先プロジェクトに対する強力な支援を受けた後、張星業氏はチームを率いて、産業用プリントヘッドの導電性インクの生産能力、インクの品質、バッチ安定性を継続的に改善しました。
印刷電子技術現在、張星野氏のチームはナノ銀粉と導電性インクの大規模生産能力を完成させ、年間10万キログラムの導電性インクの生産が可能で、XAAR、富士サンバ、コニカミノルタなどの一般的な工業用ノズルを使用できます。工業用ノズルをベースにしたフレキシブル回路デジタル製造設備を開発し、フレキシブル回路の大判、高精度、多層回路の精密アライメントインテリジェント製造を実現しました。同時に、ロールツーロール高速印刷をスマートパッケージングの分野に応用し、チップレスRFIDアンテナ、スマートフォン回路、薄膜回路、印刷フレキシブルディスプレイを生産することに注力しています。

「グリーン」+「スマート製造」が電子産業の様相を変える<br /> 現在、張星野氏のチームが開発したグリーン3Dプリント電子回路技術は、パイロット段階に入り、製品が正式に生産される前に試験が行われています。張星野氏は市場に対して非常に合理的で自信を持っています。

HIS 2013 Printed Electronics Reportによると、プリンテッドエレクトロニクス市場の規模は年々拡大しており、2020年にはプリンテッドエレクトロニクス業界の市場価値が243億米ドルに達すると予想されています。川下市場の観点から見ると、テクノロジー産業の変革の方向は、スマート包装とスマート物流用の無線周波数アンテナをカバーしています。消費財の付加価値の低さを踏まえ、国内の包装企業とチップレス無線周波数タグを開発し、スマート包装のコストを大幅に削減することができます。2つ目はスマートフォンの分野で、携帯電話のアンテナ、携帯電話のスピーカーフィルム回路など、スマートフォン向けの回路デジタル製造ソリューションを提供します。張星野氏は次のように紹介しました。「この技術は、電子製品の柔軟性と軽量性も満たすことができます。私たちは、国内の有名なディスプレイ企業と共同で、科学技術部の印刷ディスプレイの重点プロジェクトに取り組んでいます。印刷フレキシブルディスプレイ技術が成熟すれば、この業界での地位を確保できます。」Grand View Researchのレポートによると、フレキシブルエレクトロニクスの市場規模は2024年に250億ドルを超えると予想されています。

第13次5カ年計画期間中、わが国はプリンテッドエレクトロニクスと3Dプリンティングを世界の2つの破壊的産業として発展させることに注力し、プリンテッドエレクトロニクスとプリンテッドディスプレイ技術を第13次5カ年国家科学技術イノベーション計画に組み込み、国家重点研究開発計画に挙げました。これは中国の製造業が中国の創造と中国のインテリジェント製造業に向かうまたとないチャンスであると信じています。

科学研究で人類の生活を変えるという張星野氏の夢が実現するのもそう遠くないかもしれない。グリーン3Dプリント電子回路技術は「グリーン」＋「スマート製造」の特徴を備え、電子産業の風景を変えるかもしれない。

博士号を取得後、彼は中国科学院に留まり、3Dプリント基板を研究した。彼は、現代の人類に貢献できる研究だけをするつもりだと語った。

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