Conduttività a stampa

Marginal Column

PolyIC stampa su pellicola circuiti elettronici in sottilissimi strati metallici.

Foto: Poly IC

Praticamente invisibile, ma al contempo altamente conduttiva: la pellicola PolyTC®. Foto: Poly IC

PolyIC produce pellicole conduttive trasparenti con tecnica a stampa continua, dalle numerose possibilità d’impiego. La precisione richiesta è assicurata dalle prestazioni della piattaforma IndraMotion.

 

Una pellicola termica trasparente, che d’inverno impedisce ai vetri delle auto di appannarsi; un touchscreen che reagisce in modo rapidissimo alle immissioni eseguite con più dita; un display da impiegare in ambiti dai requisiti di compatibilità elettromagnetica particolarmente elevati: in ciascuna di queste applicazioni può celarsi un prodotto di PolyIC GmbH & Co. KG, sebbene, in generale, non sia visibile. L’azienda tedesca, con sede a Fürth, è specialista nell’elettronica stampata. Il prodotto, presente in molti display e in numerose altre applicazioni, è la pellicola conduttiva trasparente PolyTC®.

Quanto meno visibile è l’impiego della pellicola, tanto più è impegnativa la sua produzione: PolyIC stampa circuiti elettronici, realizzati in sottilissimi strati metallici dalle fini strutture, con il processo da rullo a rullo: la stessa tecnologia con cui, ad esempio, vengono stampati i quotidiani. Il materiale da stampare, detto anche “substrato”, è una pellicola trasparente in poliestere. Come “tintura” PolyIC impiega vari materiali che, in forma disciolta, vengono fatti precipitare sul substrato con varie tecniche di stampa. Vengono impiegati materiali semiconduttivi, conduttivi ed isolanti, nonché composti chimici a base di metalli. Tali tecniche continue da rullo bobina a bobina sono economicamente convenienti e realizzano la struttura desiderata direttamente nel processo di produzione. Di norma, al Cliente spettano quindi poche fasi di lavorazione, o persino nessuna.

Strati metallici trasparenti

Nella produzione di elettronica stampata, in quasi tutti i componenti è decisiva la presenza di strati strutturati e conduttivi, a risoluzione elevata. Moderne tecniche di stampa consentono di ottenere sottili strati metallici con risoluzioni pari a dieci micron, misura, questa, quattro volte inferiore al diametro di un capello umano; le tecniche di stampa convenzionali restano attorno ai 100 micron di risoluzione. Per l’elettronica stampata, tuttavia, si punta a risoluzioni inferiori ai 20 micron, in quanto la risoluzione della tecnica di stampa influisce attivamente sulle prestazioni elettriche del prodotto finale.*

La macchina, quindi, stampa pellicole visivamente trasparenti, ma conduttive al tempo stesso. Per questo genere di applicazioni, attualmente viene spesso impiegato ossido di stagno-iridio (ITO); questa tecnologia, però, presenta alcuni svantaggi: ad esempio, gli strati di ITO così ottenuti sono molto fragili e relativamente costosi.

E qui entra in scena la ditta PolyIC, con un’alternativa flessibile ed economicamente vantaggiosa: le pellicole PolyTC®. La tecnica da rullo a rullo consente di ottenere strati metallici strutturati e sottilissimi su substrati in materiale sintetico. La pellicola PolyTC® è pressoché totalmente trasparente e altamente conduttiva. Prima della riuscita introduzione sul mercato, tuttavia, l’azienda ha dovuto affrontare alcune altre sfide, soprattutto nelle tecniche di produzione e di processo.

Processi di precisione

La pellicola viene deviata all'interno del contenitore nastro, per consentire l'arresto del nastro a processo in corso.

 

La sollecitazione alla trazione del nastro di substrato influisce fortemente sulla precisione e sulla stabilità del processo di produzione, oltre che sulle tecniche di misurazione per il Controllo Qualità. Infatti, contrariamente ai classici processi di stampa, come quello calcografico, le forze di processo, che guidano anche il nastro, in genere qui sono assenti. In base a spessore e materiale del substrato, risulta uno specifico comportamento di trasporto; per ottenere un processo da bobina stabile e altamente preciso, PolyIC ha sistema scelto la piattaforma di automazione IndraMotion di Bosch Rexroth, che riunisce motion control e plc in una singola unità di controllo.

Funzioni integrate, quali controllo di tiro e gestione di avvolgitori e svolgitori, forniscono al cliente la possibilità di sviluppare nuove applicazioni con limitati investimenti nella fase di implemntazione. Affinché le strutture elettriche sovrapposte funzionino correttamente, è richiesta un’elevata precisione di registro: tale parametro indica la precisione con cui i singoli “colori” vengono posizionati l’uno rispetto all’altro, risultando un indicatore qualitativo per la stampa e la struttura.

Le diverse simultaneamente aree di passaggio del materiale in macchina richiedono un controllo di tiro preciso, che gestisca gli effetti di correzione del tiro in un tratto specifico della macchina rispetto a quelli a monte e a valle. La soluzione è costituita dal completo disaccoppiamento del processo di controllo di tiro, e dal collegamento in cascata di funzioni di controllo nei singoli tratti macchina. Tale complessa regolazione è stata implementata con l’integrazione real time fra regolatore di processo e sistema di controllo del movimento bobina, realizzata sulla piattaforma IndraMotion. Ciò consente di triplicare la qualità della tensione del nastro: un enorme miglioramento nella stabilità di processo – e il presupposto per la necessaria precisione di registro, nell’ordine di pochi micron.

Per il controllo delle funzioni elettriche, con precise specifiche di controllo della posizione molto elevate, la bobina di pellicola va arrestata a produzione in corso: a tale scopo, IndraMotion combina il movimento dei rulli del trasporto nastro con il movimento lineare di un’apposita slitta. La slitta del cosiddetto contenitore nastro si sposta, a velocità costante, in direzione contraria a quella di scorrimento del nastro, arrestando così il nastro stesso. Una parte del nastro, così, resta ferma a scopo di controllo funzionale elettrico, senza arrestare l’intero processo, né pregiudicare la produzione.

La pellicola conduttiva PolyTC® sulla macchina da stampa. Foto: Poly IC

 

Wolfgang Mildner, Direttore di PolyIC, è soddisfatto della collaborazione con Rexroth: “Per la produzione di elettronica stampata, la collaborazione fra partner diversi, ciascuno dei quali esperto nel proprio ambito, è essenziale. Bosch Rexroth, con il suo portfolio di sistemi per l'automazione di processi da bobina, e PolyIC, come produttore leader di elettronica stampata, sono un esempio eccellente di tale cooperazione”. Grazie a moderne tecniche di stampa, in futuro l'elettronica stampata schiuderà nuovi ambiti d'impiego per l'elettronica nel suo insieme.