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技術ブログ

ダイレクトボンディングの効果

営業技術グループのRです。

今回は、ダイレクトボンディングの効果が確認できるデモサンプルを作成してみました。

ディスプレイはパッシブタイプのOLED、表示内容は何でもよかったのですが、弊社が出展する医療機器の製造・開発 展示会 ”Medtec Japan” に合わせてパルスオキシメーターにしてみました。
http://www.medtecjapan.com/

出来上がりが、こちら。

OLEDディスプレイが小さいため、名刺ケースサイズで二つが比較できるようになっています。どちらもディスプレイの上にはガラス板があります。

どちらがダイレクトボンディングで、どちらが空気層ありなのかわかるでしょうか？

こちらの解説ページで解説している通り、ダイレクトボンディングは光学接着樹脂を充てんすることで光のロスをなくす技術です。不要な界面反射がなくなるため、黒く沈んだ外観とすることができます。
つまりダイレクトボンディングしたディスプレイは、右側です。(OLEDディスプレイの表面にはAG処理がされているため、余計白っぽく見えています。少しイジワルなデモになってしまいました)

ディスプレイを表示させた際には、黒い部分が沈んでいるためコントラスト低下が少なくなります。
そのため、ダイレクトボンディングを実施することによって、視認性に優れた機器とすることができます。

動作させたときの様子です。
心拍数と酸素飽和度(SpO2)を表示しています(営業技術Rは普段の心拍が高め...)。

写真ではわかりにくいですが、一般の照明環境であっても、ダイレクトボンディング有り無しでは、視認性が異なることがわかるデモ機とすることができました。
Medtecでの展示のほか、ごらんになりたい方は弊社までご連絡ください(Webサイトのお問い合わせフォームからもご連絡いただけます)。


それにしてもこのパルスオキシメーター、ダイレクトボンディング用のOCA以外の部品はすべてAmazonと近所の百均でそろえることができてしまいました。やったことといえば、配線のはんだ付けと、プログラミング。
便利な世の中になったものです。

部材リスト(参考)：
・OLEDディスプレイ：SSD1306を使った0.96inch 128x64 モノクロOLED
・センサー：MAX30102を使用したセンサーモジュール
・マイコンボード：Seeeduino XIAO
・ケース：100均の名刺ケース
・ダイレクトボンディング材料：1.0mm厚のOCA

透明FPCへのミニLED実装

営業技術グループのRです。

今回は、透明FPCにミニLEDを実装した例をご紹介します。

ミニLEDはそのサイズ(0.1mm角～)から、LED単体ではほとんど視認できません。そのため、透明な基板の上に実装したら、非点灯時には透明な表示体ができるのではないかと考えました。
まずは作成したデモ品の動作の様子をご覧ください。

作成した透明FPCは、パターン幅0.04mm(40μm)の配線を使っています。
40μmの配線というのは、人間の髪の毛の太さ(50～100μm)よりも細い配線となります。

理想は「視認できない配線」ですが、FPCを作成する上では通常はこの程度の配線幅が限界となります。
静電容量タッチパネルでは、今回のFPCより1桁細い4μm程度の配線が使われる例があります。さらに銅の色を目立たなくするため、黒化処理がなされる場合もあり、そういった技術でパネルを作成すれば配線はほとんど見えなくなります。ただし、あまり細い配線では、電流を流すこともできなくなるため、視認性と電流容量のバランスをとる必要があるかもしれません。
今回作成したパネルも、マトリクス駆動のコモン電極は18個のLEDの電流が集中するため、40μm幅の配線を3本並列に接続しています。

FPCに実装したLEDは、むき出しのままだと外力で簡単に取れてしまいます。
チップサイズがあまりに小さいために接続面積が小さく、強度はどうしても低くなってしまいます。
そのため、チップを保護するため、少し厚めのOCAと透明フィルムでLEDをカバーしました。LEDチップ自体は0.1mm程度の厚さで、チップの周りを確実にOCAで埋めることと、外力がかからないようにするため、厚さ1.0mmの柔らかいOCAを使用しました。

FPC、保護フィルム、どちらも曲げられる素材のため、写真のように曲げられる透明ディスプレイを作製することができました。

通常、硬いLEDチップをFPCに実装しても、実装部を曲げることは実装部が破壊してしまうため、避けたほうが良いです。ミニLEDの場合、チップサイズが小さいため、FPCを曲げてもチップ部の変位は大きくなく、保護フィルムと厚めのOCAも手伝って簡単には剥離しないようです。

もっと大きな基板にたくさんのLEDを並べて透明電光掲示板を作ってみたいのですが、デモ品作製の予算もありまして、この規模となっています。
ミニLEDの搭載自体は30cm角の基板への搭載まで対応していますので、大きな基板への搭載も可能です。また、タイリングすればさらに大きなディスプレイも作製可能です。ご興味のあるお客様はぜひお声がけください。

アクリル板へのARフィルム貼り付け

営業技術のRです。

新型コロナウイルス対策で、あちこちにアクリル板や透明なフィルムのカーテンを見かけるようになりました。

防沫のためには物理的な仕切りが一番ですが、接客業においてはお客様との距離感を近くするため、視覚的な支障はできる限りゼロにするのが望ましいのではないでしょうか。

というわけで、弊社の貼合技術のご紹介も兼ねて、アクリル板に低反射フィルム(ARフィルム)を貼り合わせたサンプルを作ってみました。

まずは、ARフィルム無しの状態から。

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mini LED 点灯基板 その7

(前回の続き)

完成した4枚のFPCを横一列に並べます。
LEDとLEDの間は0.1mmしかないため、FPC同士の接続も0.1mm以下でFPCを切断し、つなぎ合わせなければいけません。

顕微鏡を覗き込みながら慎重にカット、接続を行いました。

それを透明アクリル板に貼り付け、デモセットの完成です！

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mini LED 点灯基板 その6

(前回の続き)

制御基板、FPCが完成したので、次はいよいよLEDの実装です。

今回はACF実装を選択しました。FPCにACFを貼り付けたのち、FPCに弊社保有のmini LEDボンダーを使ってミニLEDを搭載します。ボンダーの搭載精度は25um(3σ)で等ピッチに並べるだけですから精度よく搭載することができます。

そして圧着。
圧着ヘッドでLEDを上から押さえます。

出来上がりが下の写真。(後から撮ったので異物がたくさん付いていますが、もちろん完成直後はもっときれいです)

小さくて軽いLEDのため、ACF圧着時に押されて左右にずれが発生しているようです。
0.2mmピッチで並べているので、0.1mmの間隔になりますが、微妙にばらついているのがわかります。

今回は手持ちのACFを使ったのですが、より高精度に圧着するにはACF材料や条件の最適化が必要になりそうです。

そして、点灯確認！
LEDドライバICの評価基板に中継ボードを使って点灯させます。

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評価用LED実装 その2

前回の続きです。

LEDの実装を行いました。

まず、接合材料は、異方性はんだとすることにしました。異方性はんだは熱硬化性樹脂の中に半田粒子が分散している材料で、加熱処理を行うことで半田粒子が凝集・溶融することで電気的な接続が行われ、同時に樹脂が硬化して機械的な固定も行われる材料です。

まずはペースト状の異方性はんだ材料を塗布します。

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メタマテリアル用に貼合試作いかがでしょうか

営業技術グループのRです。今回は、作ってみたシリーズではなく、文章だけです。

5Gのサービスが始まり、徐々にサービスエリアが広がっているようです。
5Gといえば、高速・低遅延・多端末が特徴のようですが、高い周波数まで使われるのも大きな特徴ですね。
日本では現在のところ、Sub6(サブシックス)の3.6GHz～4.6GHzの範囲と、ミリ波の27GHz～29.5GHzが5Gに使われている電波の周波数帯のようです。
ちなみに4G(LTE)は700MHz～3.6GHzの各バンドが使われており、それより高い周波数を使うことになります。

5Gでは、使う周波数が高いため、アンテナのサイズも小さくなります。4GHzの1波長は7.5cm、ミリ波の30GHzでは1波長が1cmとなります。アンテナは1/10～1λくらいのサイズのものが多いですから、数ミリから数センチのアンテナを使うことになりそうです。

周波数が高い電波はより光に近い特性を持つようになり、建物などの障害物を回り込んで電波が届かなくなります。そのため、5Gではアンテナ技術が重要になると言われています。

一方で、題名にも書きました「メタマテリアル」。
「メタ」は「超越した」といった意味があり、自然界には存在しない特性を持つ材料・素材のことを差します。比誘電率や比透磁率は真空が1で、それ以上小さい物質は存在しないのですが、適切に材料設計をおこなうことで、特定の周波数の電波に対して、これらの値が1より小さく、マイナスになる場合もあるようなものが作り出せるそうです(浅学の私には付いていけない領域です)。
そうなるとどうなるかというと、電波を完全に反射したり、ロスなく回折させたりといったことが可能になるとのことで、このメタマテリアルによって5Gの電波を広い範囲に届けられないか、とぼんやり思っていますが、きっとそこら中で研究・開発されていることと思います。

メタマテリアルは狙った波長の長さから数分の1のサイズくらいの金属の構造を作る必要があります。棒だったりリングだったり、いろいろ研究されているようですね。
この「波長より小さいサイズ」、光だとナノメートルサイズの構造になってしまって大変そうですが、5Gの周波数くらいだと数mm～10数mmくらい。印刷などで十分作れる範囲ではないでしょうか。
印刷で平面上に並べたメタマテリアル構造、これを積層したりすると様々な特性が得られるようになるのではないでしょうか。

ここでようやく(本当にようやく)、弊社の出番です。
アンテナや反射板は、存在感がないほうが良いでしょうから、透明なフィルムやガラスにパターンを作りこむことがあるかと思います。
こういった部材を位置精度高く、多層で、様々な素材間で貼り合わせを行う、といったことは弊社の貼合加工の得意とする分野となります。高周波の損失を抑えるために、基材や貼合材料は特殊なものになることもあるかと思います。新規開発の材料評価に弊社の設備をご利用いただくこともできます。
変わった貼合、材料は(少なくとも営業的には)大歓迎ですので、ぜひお声がけいただければと思います。


評価用LED実装 その1

営業技術のRです。

今回は、「このような評価用実装も承ります」という紹介を行いたいと思います。

今回ご依頼いただいたのは、「ミニLEDを評価したく、チップを入手したので、基礎評価を行いたい」というお客様。

写真のような市販の基板にLEDチップを実装できないか、というご相談を頂きました。

LEDと評価用基板

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mini LED 点灯基板 その3

前回の続き。

『Lumissil のLEDドライバIC用評価ボードに使われているLEDマトリクス基板の置き換え基板』(長い)、完成したものが次の写真です。

ノウハウに関わる部分のため、あまり詳細に紹介できませんが、写真はすでにLEDが実装されている基板となります。

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mini LED 点灯基板 その1

技術ブログをはじめました。

イングスシナノの技術を使った、具体的な実施例を紹介できればと思います。

が、弊社は基本的には受託加工業者で、日々作業を行っている製品は、お客様の機密となるため、そのままご紹介することができません。
そのため、展示会用に作製した展示サンプルや、内部評価用に実施した加工の中から、開示できる範囲でご紹介していきたいと思います。

まず最初は、ミニLEDの展示に使った点灯基板と、ミニLEDの実装例をご紹介します。

下のような展示品の解説となります。

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技術ブログ INDEX