Idag inom elektronik finns det två huvudsakliga metoder för att bygga kretsar:den stela (kiselkretsar) och den nya, mer tilltalande, flexibel baserad på papper och polymera substrat som kan kombineras med 3D-utskrift. Hittills, chips används för att uppnå den pålitliga och höga elektriska prestanda som krävs för sofistikerade specialiserade funktioner. Dock, för system med högre komplexitet som datorer eller mobiltelefoner, spånen måste vara sammanfogade. Ett team av spanska forskare vid universitetet i Barcelona har demonstrerat en ny bindningsteknik för sådana chips, kallas SMD eller ytmonterade enheter, som använder en bläckstråleskrivare med bläck som innehåller silvernanopartiklar.

Tekniken, beskrivs denna vecka i Journal of Applied Physics , utvecklades som svar på den industriella nödvändigheten av en snabb, pålitlig och enkel tillverkningsprocess, och med sikte på att minska miljöpåverkan från standardtillverkningsprocesserna. Nanopartiklar av silver för bläckstrålebläck valdes ut på grund av deras industriella tillgänglighet. Silver reproduceras lätt som nanopartiklar till ett stabilt bläck som enkelt kan sintras. Även om silver inte är billigt, mängden som användes var så liten att kostnaderna hölls låga.

Utmaningen för forskargruppen var att "göra allt med samma utrustning, " enligt Javier Arrese, en medlem av forskargruppen, förbättra eller bekräfta prestandan för standardtillverkning genom att använda bläckstråleutskriftsteknik för kretsarna och binda chipsen.

"Vi utvecklade flera elektronikkretsar med bläckstråleutskrift, och många gånger var vi tvungna att sätta in ett SMD-chip för att nå målen, " Sa Arrese. "Vårt tillvägagångssätt var att använda samma maskin för bindning som användes för den tryckta kretsen."

Den största utmaningen var att få höga elektriska kontaktvärden för alla SMD-storleksfamiljer. Att göra detta, laget föreslog att man skulle använda silverbläck, tryckt med bläckstråle som monterings-/lödningslösning. Silverbläckdropparna avsattes nära det överlappande området mellan SMD-enhetens kuddar och de utskrivna ledande ledningsbanorna, med bläcket strömmande genom gränssnittet med kapilläritet. Detta fenomen fungerar ungefär som en svamp:De små hålrummen i svampens struktur absorberar vätska, tillåta en vätska att sugas upp från en yta in i svampen. I detta fall, det tunna gränssnittet fungerar som de små hålrummen i svampen.

Genom att dra fördel av ytenergier som finns på nanoskala, silver nanopartikel (AgNP) bläck säkerställer hög elektrisk ledningsförmåga efter termisk process vid mycket låga temperaturer, och sålunda kan en hög elektrisk ledande sammankoppling uppnås. Genom att använda denna föreslagna metod, en intelligent flexibel hybridkrets demonstrerades på papper, där olika SMD:er sattes ihop med AgNP-bläck, demonstrera metodens tillförlitlighet och genomförbarhet.

"Det fanns många överraskningar i vår forskning. En av dem var hur väl bundna SMD-chipsen var till tidigare bläckstrålekretsar med vår nya metod jämfört med den nuvarande standardtekniken, sa Arrese.

Tillämpningarna och konsekvenserna av detta arbete kan vara långtgående.

"Vi tror att vårt arbete kommer att förbättra de befintliga RF [radiofrekvens]-taggarna, öka och främja smarta förpackningar, förbättra bärbar elektronik, flexibel elektronik, papperselektronik ... våra resultat får oss att tro att allt är möjligt, sa Arrese.