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일본 도쿄 와세다 대학

최근 몇 년 동안 차세대 전자 제품 제조에 대한 높은 잠재력으로 인해 플라스틱 부품에 금속 패턴을 3D 프린팅하는 연구에 대한 관심이 기하급수적으로 증가했습니다. 그러나 기존의 방법으로 이렇게 복잡한 부품을 제작하는 것은 쉽지 않습니다. 이제 일본과 싱가포르의 연구원들은 복잡한 모양의 3D 금속-플라스틱 복합 구조물을 제작하기 위한 새로운 3D 프린팅 공정을 개발했습니다.

3차원 금속-플라스틱 복합 구조는 스마트 전자 제품, 마이크로/나노 감지, 사물 인터넷(IoT) 장치, 심지어 양자 컴퓨팅에도 폭넓게 적용할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 구조를 사용하여 구성된 장치는 설계 자유도가 더 높으며 더 복잡한 기능, 복잡한 기하학적 구조 및 점점 더 작은 크기를 가질 수 있습니다. 그러나 그러한 부품을 제조하는 현재 방법은 비용이 많이 들고 복잡합니다.

최근 일본과 싱가포르의 연구자 그룹은 임의로 복잡한 모양을 가진 금속-플라스틱 복합 구조물을 제작하기 위한 새로운 다중 재료 디지털 조명 처리 3D 프린팅(MM-DLP-3DP) 프로세스를 개발했습니다. 연구의 동기를 설명하면서 주저자인 우메즈 신지로(Shinjiro Umezu) 교수, 와세다 대학의 송 케웨이(Kewei Song), 싱가포르 난양 기술 대학의 사토 히로타카(Hirotaka Sato) 교수는 “로봇과 IoT 장치는 빛의 속도로 진화하고 있습니다. 따라서 이를 제조하는 기술도 발전해야 한다. 기존 기술로는 3차원 회로를 제작할 수 있지만, 평면 회로를 적층하는 것은 여전히 ​​활발한 연구 분야이다. 우리는 이 문제를 해결하여 인류 사회의 진보와 발전을 촉진할 수 있는 고기능 장치를 만들고 싶었습니다.”

MM-DLP3DP 프로세스는 활성 전구체(활성 전구체 준비부터 시작하는 다단계 프로세스입니다. 이 화학물질은 3D 프린팅 후에 원하는 화학물질로 변환될 수 있습니다. 원하는 화학물질은 3D 프린팅 자체가 불가능하기 때문입니다. 여기서, 광 경화 수지에 팔라듐 이온을 첨가하여 활성 전구체를 제조합니다. 이는 금속 코팅을 형성하기 위해 수용액에서 금속 이온의 자동 촉매 환원을 설명하는 프로세스인 무전해 도금(ELP)을 촉진하기 위해 수행됩니다. 다음으로, MM-DL3DP 장치는 수지 또는 활성 전구체의 중첩된 영역을 포함하는 미세구조를 제조하는 데 사용됩니다. 마지막으로 이러한 재료를 직접 도금하고 ELP를 사용하여 3D 금속 패턴을 추가합니다.

연구팀은 제안된 기술의 제조 능력을 입증하기 위해 복잡한 토폴로지를 가진 다양한 부품을 제조했습니다. 이 부품은 미세 다공성 및 작은 중공 구조를 포함하여 다중 재료 중첩 층이 있는 복잡한 구조를 가지고 있으며 그 중 가장 작은 크기는 40μm입니다. 게다가 이 부품의 금속 패턴은 매우 구체적이어서 정밀하게 제어할 수 있었습니다.

또한 팀은 니켈을 사용한 LED 스테레오 회로, 구리를 사용한 양면 3D 회로와 같은 복잡한 금속 토폴로지를 갖춘 3D 회로 기판을 제조했습니다.

“MM-DLP3DP 공정을 사용하면 특정 금속 패턴을 갖는 임의의 복잡한 금속-플라스틱 3D 부품을 제작할 수 있습니다. 또한, 활성 전구체를 사용하여 선택적으로 금속 증착을 유도하면 더 높은 품질의 금속 코팅을 제공할 수 있습니다. 이러한 요소들이 함께 고도로 통합되고 사용자 정의 가능한 3D 마이크로전자공학의 개발에 기여할 수 있습니다.”라고 Umezu, Song 및 Sato는 말했습니다.

새로운 제조 공정은 3D 전자공학, 메타물질, 유연한 웨어러블 장치, 금속 중공 전극 등 다양한 기술에 응용될 수 있는 획기적인 회로 제조 기술이 될 것입니다.

자세한 내용은 Umezu Lab에 문의하세요. 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다. 보려면 JavaScript를 활성화해야 합니다.

이 기사는 Tech Briefs Magazine 2023년 6월호에 처음 게재되었습니다.

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