علمی، پژوهشی و فناوری

دستاورد جدید مهندسان؛

ساخت مدارهای سه‌بعدی تراشه با تکنیک جدید چاپ سه‌بعدی

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : استفاده از مدارهای سه‌بعدی برای کوچک‌سازی بیشتر محصولات الکترونیک ضروری است؛ اما با مشکلات جدی همراه بوده است. نیاز به مواد پشتیبانی و فشار خارجی محدودیت‌هایی برای کوچک‌سازی تولیدکنندگان ایجاد می‌کند؛ ولی تیم تحقیقاتی ممکن است راه‌حلی داشته باشد. مهندسان راهی برای ساخت ساختارهای فلزی مستقل و خود‌ترمیم‌کننده بدون این نیازها توسعه داده‌اند.

تامزهاردور می‌نویسد که تیم تحقیقاتی به‌رهبری بنجامین تی، دانشیار دانشگاه ملی سنگاپور (NUS)، اخیراً یافته‌های خود را منتشر کرده است. این تیم با نام‌گذاری فناوری خود به اسم CHARM3D، نشان داد که چگونه می‌تواند از فناوری چاپ سه‌بعدی فلز برای ساخت طیف گسترده‌ای از الکترونیک فشرده از‌جمله سنسورهای پوشیدنی و سیستم‌های ارتباط بی‌سیم و متامواد الکترومغناطیسی استفاده کند.

تیم تحقیقاتی کاربردی برای فناوری خود شناسایی کرده که در حوزه‌ی مراقبت‌های بهداشتی است. بنجامین تی و تیمش می‌گویند که CHARM3D امکان توسعه‌ی دستگاه‌های نظارت بر علائم حیاتی کاملاً بدون تماس را فراهم می‌کند. بیمار فقط باید خود را به سنسوری نزدیک کند که می‌تواند بدون تماس با پوست بیمار، تنفس و سایر علائم حیاتی را تشخیص دهد.

این روش از نوشتن مستقیم جوهر (DIW) استفاده می‌کند که در‌حال‌حاضر برای ساخت مدارهای سه‌بعدی استفاده می‌شود. چالش همیشه این بوده است DIW از موادی استفاده می‌کند که رسانای الکتریکی مناسبی نیستند. این امر به مواد پشتیبانی برای نگه‌داشتن همه‌چیز نیاز دارد و آنچه می‌توانید به‌دست آورید، محدود می‌کند.

CHARM3D با ادغام فلز فیلدز در فناوری مذکور این تغییر را ایجاد می‌کند. فلز فیلدز آلیاژ یوتکتیک از ایندیم و بیسموت و قلع است و نقطه‌ی ذوب نسبتاً کمی برای فلز دارد. در‌واقع، نقطه‌ی ذوب آن کمتر از مواد معمولاً استفاده‌شده برای چاپ سه‌بعدی سرگرمی است (۶۲ درجه‌ی سانتی‌گراد یا ۱۴۳/۶ درجه‌ی فارنهایت)‌. همچنین برخلاف اکثر جوهرهای کامپوزیتی که معمولاً در DIW استفاده می‌شود، به‌سرعت جامد می‌شود.

ترکیب این ویژگی‌ها فلز فیلدز را به ماده‌ای عالی برای نوشتن مستقیم جوهر مدارهای سه‌بعدی تبدیل می‌کند. فناوری CHARM3D از آن برای ساخت ساختارهای سه‌بعدی مستقل بسیار پیچیده مانند حروف عمودی و چهارچوب‌های مکعبی و حلزونی‌های قابل‌مقیاس استفاده می‌کند.

بنجامین تی گفت:

    با ارائه‌ی روشی سریع‌تر و ساده‌تر به‌منظور چاپ سه‌بعدی فلز به‌عنوان راه‌حلی برای تولید مدارهای الکترونیکی پیشرفته، CHARM3D نوید زیادی برای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ و پذیرش گسترده‌ی مدارهای الکترونیکی پیچیده‌ی سه‌بعدی دارد.

تیم بنجامین تی به خواص خود‌ترمیمی محصول نیز اشاره می‌کند. از‌آنجا‌که نقطه‌ی ذوب پایینی دارد، تنها با استفاده از تفنگ حرارتی می‌توان مدار شکسته را در چند ثانیه تعمیر کرد.

مهندسان قبلاً از CHARM3D برای ساخت مدار سه‌بعدی برای سنسور دمای پوشیدنی بدون باتری و آنتن برای نظارت بی‌سیم علائم حیاتی و متامواد برای دست‌کاری امواج الکترومغناطیسی استفاده کرده‌اند. این تیم معتقد است که فناوری مذکور می‌تواند تصویربرداری پزشکی دقیق‌تر مانند تصویربرداری از سرطان سینه با استفاده از مایکروویو برای تشخیص زودهنگام تومورها را امکان‌پذیر کند.

محققان خاطرنشان می‌کنند که این فناوری در کاربردهای امنیتی پیشرفته مانند غربالگری برای دستگاه‌های مخفی یا قاچاق نیز امیدوارکننده ظاهر شده است. بنجامین تی و تیمش معتقدند که آن‌ها فقط بررسی آن چیزی را شروع کرده‌اند که تکنیک پشت CHARM3D می‌تواند انجام دهد و به‌دنبال فرصت‌هایی برای تجاری‌سازی کار خود هستند.