Oggi in elettronica ci sono due approcci principali alla costruzione di circuiti:quello rigido (circuiti in silicio) e il nuovo, più attraente, flessibile a base di carta e substrati polimerici abbinabili alla stampa 3D. Ad oggi, i chip vengono utilizzati per raggiungere le prestazioni elettriche affidabili ed elevate necessarie per sofisticate funzioni specializzate. Però, per sistemi di maggiore complessità come computer o telefoni cellulari, i trucioli devono essere legati insieme. Un team di ricercatori spagnoli dell'Università di Barcellona ha dimostrato una nuova tecnica di incollaggio per tali chip, chiamati SMD o dispositivi a montaggio superficiale, che utilizza una stampante a getto d'inchiostro con inchiostro che incorpora nanoparticelle d'argento.

La tecnica, descritto questa settimana nel Rivista di fisica applicata , è stato sviluppato in risposta alla necessità industriale di un veloce, processo di produzione affidabile e semplice, e con un occhio alla riduzione dell'impatto ambientale dei processi di fabbricazione standard. Le nanoparticelle d'argento per l'inchiostro a getto d'inchiostro sono state selezionate per la loro disponibilità industriale. L'argento si riproduce facilmente come nanoparticelle in un inchiostro stabile che può essere facilmente sinterizzato. Anche se l'argento non è economico, la quantità utilizzata era così scarsa che i costi sono stati mantenuti bassi.

La sfida per il team di ricerca era "fare tutto con la stessa attrezzatura, "secondo Javier Arrese, un membro del gruppo di ricerca, migliorare o confermare le prestazioni della produzione standard utilizzando la tecnologia di stampa a getto d'inchiostro per i circuiti e l'incollaggio dei chip.

"Abbiamo sviluppato diversi circuiti elettronici con la stampa a getto d'inchiostro, e tante volte abbiamo dovuto inserire un chip SMD per raggiungere gli obiettivi, "Ha detto Arrese. "Il nostro approccio è stato quello di utilizzare la stessa macchina per l'incollaggio che è stata utilizzata per il circuito stampato".

La sfida più grande è stata ottenere valori di contatto elettrico elevati per tutte le famiglie di dimensioni SMD. Per fare questo, il team ha proposto di utilizzare inchiostro d'argento, stampato a getto d'inchiostro come soluzione di assemblaggio/saldatura. Le gocce d'inchiostro d'argento sono state depositate vicino all'area di sovrapposizione tra i cuscinetti del dispositivo SMD e i percorsi conduttivi inferiori stampati, con l'inchiostro che scorre attraverso l'interfaccia per capillarità. Questo fenomeno funziona in modo molto simile a una spugna:i piccoli vuoti della struttura della spugna assorbono il liquido, consentendo di aspirare un fluido da una superficie nella spugna. In questo caso, l'interfaccia sottile funge da piccoli vuoti nella spugna.

Sfruttando le energie superficiali esistenti su scala nanometrica, l'inchiostro a nanoparticelle d'argento (AgNP) garantisce un'elevata conduttività elettrica dopo il processo termico a temperature molto basse, e quindi si può ottenere un'elevata interconnessione elettrica conduttiva. Utilizzando questo metodo proposto, un circuito ibrido flessibile intelligente è stato dimostrato su carta, dove diversi SMD sono stati assemblati con inchiostro AgNP, dimostrare l'affidabilità e la fattibilità del metodo.

"Ci sono state molte sorprese nella nostra ricerca. Una di queste è stata il modo in cui i chip SMD erano ben legati ai precedenti circuiti stampati a getto d'inchiostro utilizzando il nostro nuovo metodo rispetto all'attuale tecnologia standard, " ha detto Arrese.

Le applicazioni e le implicazioni di questo lavoro potrebbero essere di vasta portata.

"Riteniamo che il nostro lavoro migliorerà i tag RF [radiofrequenza] esistenti, potenziare e promuovere il packaging intelligente, migliorare l'elettronica indossabile, elettronica flessibile, elettronica cartacea... i nostri risultati ci fanno credere che tutto è possibile, " ha detto Arrese.