Nano DimensionとUTSが3Dプリント5Gアンテナアレイで協力、高精度AMESに向けて前進

この投稿は warrior bear によって 2021-10-11 22:43 に最後に編集されました。

2021年10月11日、Antarctic Bearは、シドニー工科大学（UTS）のProtoSpaceとNano Dimensionが、5G AME機器の開発を加速するためのパイロットプロジェクトで協力していることを知りました。 Nano Dimension は、Additive Manufacturing Electronics (AME) 業界における大手産業用 3D プリンターメーカーとしてよく知られています。
両社は、Nano Dimension の DragonFlyLDM 3D 印刷システムを使用して、5G mmWave アンテナインパッケージ (AiP) 設計を製造しました。これらの設計は、AME AiP とチップ間のギャップを埋めながら、帯域幅の強化を実現すると報告されています。
パートナーによれば、アンテナアレイのプロトタイプの印刷が成功したことで、5G消費者向けモバイルエレクトロニクスに大きな可能性が開かれるという。
△ナノディメンションのDragonFlyLDM 3Dプリント技術が稼働中。写真提供：Nano Dimension。
DragonFly LDM 3Dプリンター
Nano Dimension の主力製品である DragonFly LDM システムは、自由形状ジオメトリと組み込み電子機器を組み合わせた同社の AME 機能の原動力となっています。このプリンターには、導電性銀ナノインク（プリント回路の接続の大部分を形成）と誘電性フォトポリマーインク（周囲の構造に機械的サポート、耐熱性、および電気絶縁性を提供）を同時に印刷できる 2 つのインクジェットプリントヘッドが装備されています。
NanoDimension は今年 4 月に機械学習企業 DeepCube を買収し、それ以来同社のディープラーニングの専門知識を活用して機械学習に基づく分散型電子機器製造ネットワークを開発してきました。このプラットフォームにより、同社の世界規模の 3D プリンターネットワークをデジタル制御できるようになり、プリンターは継続的に自己学習して効率を向上させることができます。
その後すぐに、Nano Dimension 社はマイクロ 3D プリンター開発会社の Nanofabrica 社も買収し、同社の技術を自社のマシンに統合して、高精度高性能電子機器 (Hi-PED) の 3D 印刷をさらに進化させました。
ナノディメンションは、これらの買収により、サプライチェーンの問題とプリント回路基板（PCB）メーカーが直面している利益圧力の高まりによって引き起こされている半導体チップの世界的な不足に対処しようとしている。
最近、Nano Dimension は、フラウンホーファー製造工学・自動化研究所 (Fraunhofer IPA) と協力し、メカトロニクスシステムの製造に特化した新しい自由形状 3D プリントおよび組み立てプロセスを開発すると発表しました。 Nano Dimension 社は、2 年間のプロジェクトの終了時に、これらのプロセスを DragonFly LDM システムに統合したいと考えています。
△ナノディメンション社のDragonFlyLDM 3Dエレクトロニクスプリンター。写真提供：Nano Dimension。
精密電子部品の開発を推進 シドニーの中心部に位置する ProtoSpace UTS は、オーストラリアで最も先進的な積層造形施設の 1 つであり、高度な 3D プリントおよびスキャン技術を提供しています。
ProtoSpace UTS と NanoDimension 間のパイロットプロジェクトは、UTS テクノロジー研究所のミリ波集積回路およびアンテナグループの責任者である Yang Yang 博士が主導しています。ヤン氏はフランチェスカ・ラコピ教授およびナノディメンションの研究開発チームと協力して、3Dプリントされたミリ波/テラヘルツアンテナと回路の開発を進め、宇宙分野での5Gの活用に貢献しています。
これらのパートナーは、mmWave 周波数帯域で動作する数十億の高速ワイヤレスデバイスと高度に統合された AME デバイスアンテナをモバイルデバイスにパッケージ化できるようにするワイヤレスエコシステムの構築に取り組んできました。
しかし、この目標を達成するには、5G IoT の新時代を迎える前に、まだいくつかの課題に直面しています。 5G AME 機器の開発はまだ初期段階にあり、mmWave AiP のコストが高く生産サイクルが長いため、カスタムプロトタイピングや概念実証が困難です。
さらに、従来のデバイスアンテナの利得は限界に達しているため、デジタル環境では高速で操作可能なマルチビームモバイルアンテナが依然として緊急に必要とされています。
チームは、主要な性能を損なうことなく、アンテナアレイの統合と小型化を最適化する方法の研究も担当しています。
これらの問題に対処するため、ヤン氏と彼のチームは、UTS と Nano Dimension が実施したパイロットプロジェクトの概念実証に基づいて、5G mmWave AiP 設計を作成するための新しい AME プロセスを開発しました。このプロセスにより、機密性や知的財産のセキュリティを危険にさらすことなく、カスタマイズされたパッケージアウトラインを持つ単一の基板上に複数の導電層を作成できるようになると報告されています。
△Nano DimensionのAME 3Dプリント技術は、2種類の異なるインクを堆積させることで機能します。画像提供：Nano Dimension。
アンテナアレイの製造<br /> 研究チームは、DragonFly LDM を使用して、圧電 3D プリントに基づく AME プロセスを開発し、単一基板の複数金属層アンテナをいくつか製造しました。金属層は単一の 3D プリント基板に垂直に積み重ねられ、広い帯域幅と超薄型という利点を備えたアンテナプロトタイプを形成しました。
チームはコンセプトを証明するために、多層直線偏波 (LP) パッチアンテナ要素と 2×2 LP アンテナアレイを設計し、3D プリントしました。いわゆる「給電ネットワーク」は、アレイのサイズとプロファイルを増やすことなく、アンテナアレイ要素と同じ基板上に統合できます。
従来の単層 LP パッチアンテナと比較して、チームのデバイスはインピーダンス帯域幅を 5.9% から 10.9% (3 層) および 83% (7 層) に改善しました。チームの設計は、厚さわずか 1.5 ミリメートルの単一基板で製造できるため、超薄型で広帯域のパッチアンテナが必要なアプリケーションに適しています。
これに続いて、パートナーは円偏波 (CP) パッチアンテナ要素と 2×2 CP アンテナアレイを制作し、より広いインピーダンス帯域幅と、軸比が 3dB 未満のより広い周波数範囲を実現するチームの垂直金属層スタッキングアプローチの実現可能性を検証しました。このアンテナは 6 GHz 未満の周波数用に設計されており、5G コンシューマーモバイルエレクトロニクス内のアプリケーションに大きな可能性を提供します。
研究チームは、AME AiP テクノロジーが、従来の製造方法よりもはるかに安価な試作コストを実現しながら、AME AiP とチップ間のギャップをシームレスに埋めることができると考えています。彼らは、これらの要素が AME AiP の初期の概念実証とカスタムプロトタイプの実現に役立ち、宇宙や民生用モバイルエレクトロニクスなどの業界における 5G AME デバイスアンテナの開発を加速すると考えています。

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