فناوری جدید پژوهشگران کرهای با حذف ماسکهای فوتولیتوگرافی و اصلاح همزمان تغییرشکل بسترهای انعطافپذیر، محدودیتهای رایج لیتوگرافی را برطرف کرده و میتواند تولید نسل آینده تجهیزات الکترونیکی انعطافپذیر را متحول کند.
به گزارش سیناپرس، پژوهشگران کرهای از سامانهای نوین برای لیتوگرافی دیجیتال رونمایی کردهاند که با اصلاح لحظهای تغییرشکل بسترهای انعطافپذیر، امکان تولید پیوسته و پرسرعت مدارهای الکترونیکی را فراهم میکند؛ فناوریای که میتواند مسیر تولید انبوه نسل آینده تجهیزات الکترونیکی انعطافپذیر را متحول سازد.
گروهی از پژوهشگران مؤسسه ماشینآلات و مواد کره (Korea Institute of Machinery and Materials – KIMM) موفق به توسعه سامانهای پیشرفته برای لیتوگرافی دیجیتال شدهاند که قابلیت ایجاد الگوهای دقیق روی بسترهای انعطافپذیر را بهصورت پیوسته و بدون نیاز به ماسکهای نوری متداول فراهم میکند. این فناوری با ترکیب لیتوگرافی دیجیتال و فرایند تولید رولبهرول (Roll-to-Roll)، یکی از مهمترین موانع تولید انبوه تجهیزات الکترونیکی انعطافپذیر را برطرف کرده است.
به گفته پژوهشگران، این سامانه قادر است در هنگام حرکت پیوسته بستر، تغییرشکلها و خطاهای موقعیتی را بهصورت لحظهای تشخیص داده و الگوی تابش را متناسب با آن اصلاح کند. همین ویژگی، دقت ساخت را به میزان قابل توجهی افزایش داده و امکان تولید مستمر در ابعاد بزرگ را فراهم میسازد.
هدایت این پژوهش را وون سوک چانگ (Won Seok Chang)، رئیس بخش پژوهشهای ساخت نانوهمگرا در مؤسسه ماشینآلات و مواد کره، بر عهده داشته است. تیم تحقیقاتی او موفق شده است یک اسکنر لیتوگرافی دیجیتال طراحی کند که الگوهای تابش را در زمان واقعی تنظیم کرده و آن را با یک سامانه تولید رولبهرول یکپارچه سازد.
در این فناوری، از سامانه آرایه آینههای ریز دیجیتال (Digital Micromirror Device) برای تابش نور فرابنفش استفاده میشود. این سامانه به کمک کنترل فوقدقیق حرکت، نور را تنها به نقاط مورد نظر روی بستر هدایت میکند و در نتیجه بدون نیاز به ماسکهای فوتولیتوگرافی، الگوهای مورد نیاز مستقیماً روی سطح ایجاد میشوند.
برای آنکه این فناوری در فرایند تولید پیوسته قابل استفاده باشد، پژوهشگران علاوه بر طراحی یک واحد تابش اختصاصی، سامانهای بسیار دقیق برای کنترل حرکت نوار انعطافپذیر نیز توسعه دادهاند. این سامانه امکان ایجاد خطوطی با پهنای کمتر از ۱۰ میکرومتر را فراهم کرده است؛ دقتی که برای بسیاری از کاربردهای پیشرفته الکترونیکی ضروری است.
یکی از مهمترین قابلیتهای این فناوری، استفاده از سامانه بینایی ماشین برای پایش مداوم وضعیت بستر در حین حرکت است. دوربینهای نصبشده روی سامانه، تغییرشکلها و جابهجاییهای احتمالی را در لحظه تشخیص میدهند و نرمافزار کنترل نیز همزمان الگوی تابش نور را اصلاح میکند تا دقت ساخت حفظ شود.
در فناوریهای رایج لیتوگرافی دیجیتال، عملیات ساخت معمولاً روی میزهای ثابت انجام میشود و همین موضوع ابعاد قطعات قابل تولید را به اندازه سکوی دستگاه محدود میکند. علاوه بر این، بسترهای انعطافپذیر اغلب باید بهطور موقت روی یک زیرلایه سخت نصب شوند و پس از پایان فرایند از آن جدا شوند؛ مراحلی که علاوه بر افزایش زمان تولید، احتمال ایجاد نقص در محصول را نیز بالا میبرد.
اما در فناوری جدید، بستر انعطافپذیر بدون نیاز به اتصال به زیرلایه کمکی، بهصورت پیوسته از روی یک غلتک عبور میکند و همزمان عملیات لیتوگرافی روی آن انجام میشود. تابش بهصورت یک پرتو خطی صورت میگیرد و اصلاح لحظهای خطاهای هندسی، کیفیت نهایی الگوها را تضمین میکند.
حذف ماسکهای نوری نیز یکی دیگر از مزیتهای مهم این سامانه به شمار میرود. در روشهای مرسوم، طراحی و ساخت هر ماسک هزینه و زمان قابل توجهی نیاز دارد و هرگونه تغییر در طرح نیز مستلزم تولید ماسک جدید است. اما در سامانه جدید، تمامی الگوها بهصورت دیجیتال و از طریق نرمافزار کنترل میشوند و به همین دلیل میتوان آنها را با سرعت و هزینه بسیار کمتر تغییر داد.
پژوهشگران معتقدند این ویژگیها میتواند بهرهوری تولید را به میزان چشمگیری افزایش دهد و امکان تولید پیوسته بسترهای بسیار بلند را برای صنایع مختلف فراهم کند. به گفته آنها، این فناوری نهتنها برای ساخت مدارهای چاپی انعطافپذیر، بلکه برای تولید نمایشگرهای انعطافپذیر، تجهیزات الکترونیکی با وضوح بالا، سامانههای بستهبندی نیمهرساناها و بسیاری از محصولات پیشرفته دیگر نیز کاربرد خواهد داشت.
این دستاورد، در واقع فناوری لیتوگرافی مورد استفاده در صنعت نیمهرسانا را با فرایند تولید رولبهرول ترکیب کرده و نشان داده است که میتوان ساخت قطعات بسیار دقیق را نیز وارد خطوط تولید پیوسته صنعتی کرد. اهمیت این فناوری تا آنجا بوده که بهدلیل توانایی آن در ایجاد الگوهای بسیار دقیق و اصلاح لحظهای تغییرشکل بستر، به مرحله نهایی جایزه «فناوری سال» در نمایشگاه و کنفرانس رولبهرول آمریکا ۲۰۲۶ (R۲R USA Conference & Expo ۲۰۲۶) راه یافته است.
وون سوک چانگ درباره این دستاورد گفت: «سامانه لیتوگرافی دیجیتال رولبهرول، یکی از فناوریهای کلیدی برای تولید انبوه تجهیزات الکترونیکی انعطافپذیر محسوب میشود. انتظار داریم این فناوری در حوزههایی مانند مدارهای چاپی انعطافپذیر، تجهیزات الکترونیکی با وضوح بالا و بستهبندی نیمهرساناها کاربرد گستردهای پیدا کند.»
به نقل از نانو ایران، وی همچنین افزود که این فناوری تنها به تولید بسترهای انعطافپذیر محدود نیست و میتوان از آن در فرایندهای تابش دیجیتال برای ایجاد الگو روی سطوح غلتکها نیز استفاده کرد؛ موضوعی که دامنه کاربردهای صنعتی آن را بیش از پیش گسترش میدهد.
این فناوری در قالب پروژه پژوهشی «توسعه فناوریهای کلیدی تجهیزات الگونگاری رولبهرول مبتنی بر اصلاح لحظهای خطاها» توسعه یافته است. اعضای این گروه تاکنون نتایج تحقیقات خود را در ۲۵ مقاله علمی نمایهشده منتشر کردهاند و علاوه بر ثبت ۹ درخواست ثبت اختراع بینالمللی و ۱۲ درخواست ثبت اختراع داخلی، موفق به دریافت یک گواهی ثبت اختراع بینالمللی و ۱۲ گواهی ثبت اختراع در کره جنوبی نیز شدهاند؛ موضوعی که نشاندهنده بلوغ علمی و ظرفیت بالای تجاریسازی این فناوری است.