研究 | 任意の 3D 形状に回路を 3D プリントする

研究 | 任意の 3D 形状に回路を 3D プリントする
文:陳毅/陸忠良

テキサス大学エルパソ校 (UTEP) の電磁気学およびフォトニクス研究所 (EM ラボ) は、電子デバイスを 3D プリントするための自動化プロセスを開発しました。この技術により、すべての既成コンポーネント (金属トラック、集積回路、トランジスタなど) を組み合わせることで、非常に規則的な形状の回路を製造できるようになります。


図1 単層から二層、さらに多層への印刷パス


図 2 さまざまな粉末を高粘度シリコン樹脂に混合して nScrypt 装置で 3D 印刷用のマイクロ粉末を製造するために、電磁気的および化学的な混合方法を使用してブリッジ構造の印刷パスを研究しました。印刷材料の性能を確保するために、研究チームはノズルの直径、粒子のサイズ、形状をスクリーニングし、シリコン樹脂と混合した後、材料が適切な粘度を持ち、印刷プロセス中に凝固したり詰まったりしないことを確認しました。材料の誘電率、透磁率、誘電正接を測定した後、適切な材料分布を設計します。この研究では、シリコン樹脂にチタン酸ストロンチウムとフェライト粉末を充填し、印刷パラメータを調整してサンプルを熱処理することで、3Dプリント部品の成形を実現しました。この研究の主な課題には、充填材料の選択、不規則な粒子の形状とサイズの処理、3D プリント パスの設計、ディスペンシング速度の最適化などが含まれます。


図3 誘電体材料を使用した3Dプリント基板(左)と誘電体材料を使用した3Dプリントタワー(右)
EM Lab プロジェクトは、電子部品を任意の位置や方向に配置し、「真の」 3D 回路を設計するための CAD ソフトウェアの開発から始まりました。問題は、デバイスを物理的に製造する手段です。 「それ以上はできませんでした」とEMラボの博士課程の学生、ギルバート・カランザは言う。「私の設計を3Dプリンターで読み取れるプログラムに実際に変換するために必要なツールがなかったのです。」ヴァッレとカランザは研究助手のウバルド・ロブレスとともに、CADと3Dプリント機能のギャップを埋めるために協力した。


図4 誘電体材料を使用した3Dプリントタワー(上)と誘電体材料を使用した3Dプリント回路基板(下)


図5 回路形態の検討 マイクロインジェクション法を用いてシンプルな3次元構造の形成を実現し、誘電体と磁性粉末によって部品の誘電率と透磁率を調整します。研究チームは粘度変動による押し出し変形に関する再現性のある研究は行っていないが、印刷操作の再現性を高めるために、印刷物の均一性を一定に保つための研究を行っている。チームは、回路を 3D プリント回路構造として実装できることを実証しました。これらの結果は、最終的に回路を任意の形状に 3D プリントできるチームの能力を示しています。今後の作業には、RF 共振器、フィルター、アンテナ、強磁性デバイス、または誘電体アンテナの 3D プリントが含まれる可能性があります。

著者: 陳毅/陸中良 出典: 機械製造システム工学国家重点実験室
ソフトウェア、nScrypt

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