인쇄 된 전자 제품을위한 드롭 시뮬로투스 바카라션 기술

바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji 회장] (이하 "AIST")Flexible Electronics Research Center8381_8493표면 습윤성(친수성/수비) 잉크가 인쇄 될 때 잉크 액 적의 모양을 예측하려면 8592_8655 |)시뮬로투스 바카라션개발 된 소프트웨어

친수성 기판 표면에서 잉크 액 적의 모양을 예측하는데, 이는 친수성 및 수비 영역 사이의 경계를 포함하여 지금까지 쉽지는 않았지만 이번에 개발 된 프로그램은 일반 컴퓨터를 사용하여 수치 시뮬로투스 바카라션을 빠르게 수행 할 수 있습니다 이 소프트웨어는 인쇄 기술을 사용하여 다양한 정보 터미널 장치를 제조하는 "인쇄 전자 제품"의 연구 및 개발을 크게 가속화 할 것이며 표면을 통해 다양한 액체 공정을위한 분석 기술에 적용될 것으로 예상됩니다

개발 된 액적 모양 시뮬로투스 바카라션 소프트웨어 "Hydro"는 2013 년 7 월 31 일부터 공개적으로 공개됩니다 (무료 다운로드,https : //sitesgooglecom/site/hydrojpn/)

전자 장치 제조에 인쇄 기술을 적용하는 "인쇄 된 전자 제품"기술은 큰 관심을 끌고 있습니다 반도체 및 금속이 용해/분산전자 기능기판 표면에 미세한 잉크 방울을 적용하고 잉크가 젖고 기판에 퍼지는 현상을 사용하여 미세한 전자 회로를 제조 할 수있을 것으로 예상됩니다 기판의 인쇄 코팅 된 마이크로 잉크 액 적 (몇 개의 피코 리터에서 수십 개의 나노 리터)의 모양을 정확하게 예측해야합니다

최근에, 기존의 인쇄 기술의 한계를 넘어서 고화질을 달성하기위한 효과적인 방법으로서, 잉크가 습윤을 방지하는 물 반영 표면에 습윤이 발생하기 쉬운 친수성 영역에서 미세한 패턴을 형성하는 기술에 주목을 끌고 있으며, 잉크의 습윤 스프레드를 정확하게 제어함으로써 잉크가 고도로 잉크를 적용합니다 그러나, 이러한 친수성/물 반전성 경계를 함유하는 기질 표면에서, 표면 습윤성은 특성화된다표면 자유 에너지불연속적으로 변화에 따라 기존의 수치 시뮬로투스 바카라션 방법을 사용하여 액적의 모양을 예측하는 것은 쉽지 않았습니다 예를 들어, 기존의 방법은 정확한 액적 모양을 달성하지 못했거나 정확도를 결정하려고 할 때 초기 액적 모양 (초기 조건)을 자유롭게 설정할 수 없거나 액적 모양의 시간 변화를 추적하는 계산에는 엄청난 시간이 필요하므로 수치 시뮬로투스 바카라션 방법은 현장 엔지니어에게 만족스럽지 않습니다

AIST는 인쇄 된 전자 기술에 대한 광범위한 연구 개발을 수행합니다 이의 일부로서, 우리는 수비 표면의 친수성 영역으로 구성된 미세한 패턴을 형성하여 고 결정된 전자 회로를 인쇄하고 이러한 친수성/물-반복적 인 경계를 포함하는 표면에있는 작은 액 적의 습윤 현상을 정확하게 예측하기 위해 간단한 시뮬로투스 바카라션 기술을 개발했습니다 (Langmuir28, 15450 (2012)),Inkjet 인쇄우리는 메소드 (j 응용 Phys114, 044905 (2013))

이 연구의 일부는 일본 과학 기술 기관의 전략적 혁신 창출 프로모션 프로그램의 연구 및 개발 문제에 따라 수행되었습니다 "새로운 고성능 폴리머 반도체 재료 및 인쇄 프로세스 (2009-2008)를 사용한 AM-TFT를 기반으로 한 유연한 디스플로투스 바카라 개발", 그리고 최첨단 연구 및 개발 지원 프로그램을 위해 "강력한 상관 과학 (2009-2003)을 위해, 전 세계적으로, 전 세계적으로 설계된 Sciesion of the Promation of the Promation of the Science of the Promation of the Science를 위해 수행되었습니다 과학 기술 협의회에 의해

작은 액적이 균일 한 젖은 고체 표면에 배치되면, 액적은 평평한 표면에서 절단 된 구의 모양을 취합니다 고체 표면과 액적 표면 사이의 각도 θ는접촉각라고합니다 (그림 1) 습윤성의 기본 지표로 사용됩니다 즉, 습윤에 걸리기 쉬운 큰 표면 자유 에너지가있는 표면에서는 접촉각이 작고, 습윤에 걸리기 쉬운 작은 표면 자유 에너지가있는 표면에서는 접촉각이 크고 습윤에 걸리기 쉬운 작은 표면 자유 에너지가있는 표면에 접촉각이 큽니다

그림 1 접촉각 θ

한편, 고체 표면의 습윤성이 고르지 않게되면, 액 적의 모양은 복잡해지며, 고체 표면의 각 위치에서의 접촉각에 의해 결정됩니다 이전에, 액적 형태, 특히 친수성/물 반전 경계와 같이 습지 성이 불연속적으로 변화되는 고체 표면에서는 액적 모양을 예측하는 것이 쉽지 않았다 그 이유는 액적 모양을위한 수치 시뮬로투스 바카라션 방법으로 널리 사용되기 때문입니다Stepest 하강 방법표면 습윤성을 특징 짓는 표면 자유 에너지의 부드러운 변화를 가정합니다

이번에는 방울 모양 시뮬로투스 바카라션 소프트웨어 인 "Hydro"를 개발하여 드롭 렛의 표면 모양을 기판 표면과 나머지 부분과 접촉하는 부품 (접촉 라인)을 분리하는 방법 (하이브리드 에너지 최소화 방법)을 사용했습니다 (하이브리드 에너지 최소화 방법) 하이드로에서 "드롭은평형 상태"의 최소 (또는 최소) 상태로 설정하는 기본 원칙을 기반으로합니다 최소한의 에너지를 갖는 액적 표면 형태에 대한 솔루션을 검색 할 때, 기존의 가장 가파른 하강 방법은 표면 자유 에너지의 기울기를 사용하여 접촉 라인을 포함한 모든 액적 표면에 대한 솔루션을 검색하는 방법을 사용합니다 따라서, 친수성/물 반전 경계로 인한 표면 자유 에너지에 불연속적인 변화가 있다면, 용액을 검색하기가 어려워지고, 수많은 계산 단계가 발생한 후에도 최종 표면 형상 솔루션에 도달하지 않는 것과 같은 문제가 발생합니다 한편, 액적 표면 모양에 대한 모든 솔루션은 무작위로 검색됩니다직접 검색 방법엄청난 양의 계산 시간이 필요하며 실질적으로 실행하기가 어렵습니다 따라서, 하이드로에서, 액적의 표면 형상은 기판과 접촉하는 접촉 선분과 접촉하지 않는 부분으로 분리되고, 전자는 직접 검색 방법을 사용하고 후자는 가장 가파른 하강 방법을 사용한다 이는 솔루션의 수렴 문제를 해결하고 계산 부하의 증가를 최소화 할 수 있으며, 이는 직접 검색 방법의 문제입니다 그림 2는 종래의 방법 (트렌드 하강 방법)과 비교하여 직사각형 친수성 영역에 방울이 적용될 때 용액이 수렴되는 방법을 보여줍니다 (각 단계의 계산량은 거의 동일함)

그림 2 가장 가파른 하강 방법의 수렴과 하이드로 솔루션 비교

Hydro는 OS에 관계없이 상업적으로 이용 가능한 PC에서 실행됩니다 (Java Runtime Ver 65 이상) "하이드로"를 사용하려면, 먼저, 고체 표면을 여러 영역으로 분리하고 접촉각은 친수성 표면 (회색)과도 1의 왼쪽에 도시 된 바와 같이 수비 표면 (흰색)에 설정된다 3 다음으로, 액 적은 적절한 초기 모양 (구형 모양) (그림 3의 왼쪽에있는 반구)으로 설정되며 에너지 최소화 계산이 시작됩니다 Hydro는 점차적으로 액적을 변형시켜 에너지 상태가 낮습니다 에너지가 마침내 최소 (또는 최소)에 도달하면 계산이 끝납니다 (그림 3의 오른쪽) 액 적은 균일 한 밀도 및 표면 장력을 갖는 액체를 표적으로하며, 친수성/물 반전 패턴은 또한 줄무늬, 빗, 체크 무늬 패턴 및 평평한 표면에 형성된 곡선과 같은 복잡한 모양을 수용 할 수 있습니다

그림 3 초기 모양 (왼쪽) 및 에너지 최소화 계산 후 모양 (오른쪽)

하이드로를 사용하여 시뮬로투스 바카라션 기술의 유효성을 확인하기 위해, 잉크젯 인쇄를 사용하여 1mm 정사각형 친수성/수비 패턴에 미세한 액 적을 적용 하였다 (도 4) 실험 결과 및 시뮬로투스 바카라션 결과를 사용하여 액적이 습윤되지 않은 친수성 영역의 모서리 근처의 영역을 비교할 때, Hydro가 높은 정확도로 실험을 복제 한 것으로 밝혀졌습니다 (그림 4 (c))

그림 4 (a) 1 mm x 1 mm (검은 색 프레임)의 친수성 영역에서 잉크젯 인쇄를 사용하여 초소 수를 적용하는 경우를 살펴 봅니다 (b) 왼쪽 : 70 개의 나노 리터가 추가 될 때 확장 된 바닥 오른쪽보기 중앙 : Hydro의 시뮬로투스 바카라션 오른쪽 : 가장 가파른 하강 방법을 사용한 시뮬로투스 바카라션 친수성 영역과 수비 영역 사이의 경계 모서리 근처에서 관찰 된 간격은 검은 색으로 채워져 있습니다 (c) 갭 속도와 액적 부피 사이의 관계 실험 결과 및 시뮬로투스 바카라션 비교

Hydro를 사용함으로써, 이전에 간단하고 고속 및 고정성으로 예측하기 어려운 복잡한 친수성 패턴에서 잉크 액적 모양을 시뮬로투스 바카라션 할 수 있습니다 예를 들어, 구부러진 부분을 포함하는 미세한 패턴에서, 액 적을 친수성 영역에 국한되어 수비 영역에 구속 될 수 없다는 효과를 정확하게 시뮬로투스 바카라션 할 수 있으며 (그림 5), 인쇄 및 제조를위한 고화질 배선을위한 패턴을 설계하고 제품 결함을 분석하는 데 사용될 수 있습니다

그림 5 수치 시뮬로투스 바카라션 (왼쪽) 및 Hydro (오른쪽)를 사용한 잉크젯 인쇄 방법을 사용한 수치 시뮬로투스 바카라션 비교

또한 Hydro가 만든 시뮬로투스 바카라션 기술을 사용하여 표면 자유 에너지 (습윤성)매핑측정 할 수 있습니다 먼저, 잉크젯 인쇄에 의해 액적이 고체 표면에 적용되고, 액적의 부피가 점차 증가하고, 액적의 접촉 라인은 디지털 현미경 카메라로 측정된다 개요를 갖는 액적의 모양이 시뮬로투스 바카라션되고 개요를 따른 접촉각의 변화는 접촉각 분포를 얻기 위해 반비례합니다 (그림 6)

그림 6 접점 및 변형의 분포 맵 (왼쪽) 및 접촉각 (오른쪽)

앞으로, 우리는 전자 기능 잉크를 인쇄하여 고 정의 금속 배선, 전극, 반도체 층 등을위한 제조 기술을 개발하기 위해 개발 한 시뮬로투스 바카라션 기술을 사용할 것입니다

◆ 표면 습윤성

액체에 대한 소프트 표면 습식[참조로 돌아 가기]

◆ 친수성/수비

그것은 물에 대한 친화력의 용이성 (친화력)을 나타내며 쉽게 혼합하기 쉬운 (혼합하기 쉬운)는 친수성이며 혼합하기 어려운 (혼합하기 쉬운)는 수비 또는 소수성입니다 고체 표면의 특성을 발현 할 때, 물방울이 부착 될 때, 액 적을 부착 할 때, 액적 표면과 고체 표면 근처의 단단한 표면 사이에 작은 각도 (물 접촉각)가있는 것은 친수성이며 큰 각도 (일반적으로 90도 이상)를 가진 것으로 알려져있다[참조로 돌아 가기]

◆ 시뮬로투스 바카라션

현상을 재생산하거나 예측하기 위해 모델 또는 컴퓨터를 사용하여 시뮬로투스 바카라션 된 검증[참조로 돌아 가기]

◆ 전자 기능

재료는 재료 내 전자의 움직임으로 인한 전기 전도도, 광학적 특성 및 자기 특성과 같은 유용한 기능이 있어야합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 표면 자유 에너지

고체 또는 액체 표면의 단위 면적당 깁스 자유 에너지 액적의 표면 자유 에너지는 표면 장력과 동의어입니다 예를 들어, 부유 식 액적의 모양은 표면 자유 에너지가 최소화되도록 구형이됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ inkjet 인쇄

한 방울 당 수십 개의 피코 리터의 잉크 액 적을 방출하는 인쇄 방법 (Picoliters = 1 리터의 1 조 1 조), 종이에 그림과 글자를 재현합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 접촉각

물방울이 고체 표면에 부착 될 때 액적 표면과 고체 표면 근처의 고체 표면 사이에 형성된 각도를 나타냅니다[참조로 돌아 가기]

◆ Stepest 하강 방법

함수의 최소 값을 검색하기위한 알고리즘 (계산의 특정 단계) 중 하나 이 방법은 함수의 경사 (1 차 미분)을 사용하여 솔루션을 검색하며 높은 수렴과 빠른 계산으로 특징 지워 지지만 기능이 불연속 시에는 적용 할 수 없습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 평형 상태

시스템의 상태 변화를 일으키는 다양한 효과로 인해 상태 변화가 중단됩니다 여기서, 형상 변화는 기판에 액적 모양을 더 확산시키지 않고 여전히 고정 상태에 있음을 보여준다[참조로 돌아 가기]

◆ 직접 검색 방법

함수의 최소값을 검색하기위한 알고리즘 중 하나 (계산의 특정 단계) 함수의 그라디언트를 사용하지 않고 무작위로 검색 된 함수 값 만 사용하므로 비소 함수에 적용될 수 있지만 계산량이 엄청나다는 단점이 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 매핑

특정 분리 된 요소의 시각적으로 제거하기 위해 설명 된 방법[참조로 돌아 가기]