Contributo allo sviluppo efficiente di materiali a film sottile metallico utilizzando l'informatica dei prodotti chimici e l'informatica dei materiali

TOKYO, 9 febbraio 2024 – (JCN Newswire) – Hitachi High-Tech Corporation (“Hitachi High-Tech”) ha condotto una sperimentazione di prova di concetto (“PoC”) utilizzando l'informatica sui prodotti chimici (“CI”) e l'informatica sui materiali (“MI”) per migliorare l'efficienza dello sviluppo di film sottili metallici materiali utilizzati in dispositivi elettronici e di altro tipo. Il PoC ha dimostrato una riduzione complessiva del carico di lavoro superiore all’80% anche durante lo sviluppo di nuovi materiali, dimostrando che questi strumenti possono essere utilizzati per semplificare le operazioni.

Negli ultimi anni, l’MI, che utilizza l’intelligenza artificiale per ricavare il rapporto di combinazione e la composizione ottimali dei materiali sulla base dei dati sperimentali passati accumulati, è stata sempre più utilizzata per ridurre la quantità di tentativi ed errori durante lo sviluppo dei materiali. CI è un servizio proprietario di Hitachi High-Tech che utilizza l'intelligenza artificiale per analizzare dati pubblici come i brevetti e selezionare materiali ottimali per lo sviluppo. CI e MI contribuiscono all’efficienza dello sviluppo.

Il PoC ha chiarito che anche i nuovi materiali senza dati sperimentali precedenti accumulati possono essere sviluppati in modo più efficiente combinando l'MI di Hitachi High-Tech con la CI. Ciò elimina la ricerca sui documenti e i test interlaboratorio con progetti sperimentali(1), migliorando così l'efficienza dello sviluppo di nuovi materiali.

Hitachi High-Tech intende offrire il processo di questo PoC come servizio ai clienti, principalmente ai produttori di prodotti chimici e materiali, la cui domanda di processi di sviluppo sempre più sofisticati ed efficienti è in aumento. Il servizio non solo migliorerà l’efficienza dello sviluppo, ma aiuterà anche a mitigare l’impatto ambientale riducendo la quantità di sperimentazione richiesta durante il processo di sviluppo.

Contesto del PoC

La richiesta di materiali altamente sofisticati è più grande che mai, non solo per la loro funzionalità ma anche per il modo in cui possono essere utilizzati per risolvere problemi sociali come il raggiungimento di una società a zero emissioni di carbonio/decarbonizzata. Vi è una crescente necessità di DX (Digital Transformation) e GX (Green Transformation) al fine di rafforzare sostanzialmente la ricerca e sviluppo e migliorare l’efficienza operativa, quindi molte organizzazioni hanno introdotto attivamente la MI come metodo potenziato dall’intelligenza artificiale per lo sviluppo di nuovi materiali. L’MI è utile nei campi in cui i materiali esistenti sono già stati sviluppati, ma non può essere utilizzata per migliorare l’efficienza durante lo sviluppo di nuovi materiali, dove non esistono dati accumulati in precedenza da cui attingere durante la selezione delle materie prime. Pertanto era necessario un nuovo strumento.

Dettagli del PoC

Questo PoC ha testato lo sviluppo di materiali a film sottile metallico utilizzati nell'elettronica e in altri dispositivi. I film sottili metallici vengono creati depositando atomi su substrati costituiti da materiali come silicio o vetro per formare strati di film sottile, che vengono laminati e utilizzati per realizzare dispositivi elettronici. Un legame debole tra il substrato e la pellicola sottile di metallo può causare il distacco della pellicola, con conseguenti prestazioni scadenti, pertanto un'adesione forte è un fattore chiave di progettazione, ma la progettazione dell'adesione richiede numerosi processi di sviluppo. Il PoC ha dimostrato una riduzione di oltre l'80% nel numero di processi di sviluppo rispetto ai metodi convenzionali utilizzando la CI per determinare gli elementi metallici più adatti per gli strati di adesione tra substrati e film sottili metallici e utilizzando la MI per determinare i migliori rapporti di combinazione degli elementi metallici e le condizioni ottimali per il processo di fabbricazione.

1. Utilizzo della CI per selezionare materiali ottimali sulla base dei dati dei brevetti

In precedenza, la selezione dei materiali ideali per lo sviluppo implicava la lettura di un'ampia documentazione di riferimento per trovare le informazioni necessarie, quindi l'esecuzione di test interlaboratorio con progetti sperimentali per tutti i materiali candidati per verificare quale funzionasse meglio. In questo PoC, abbiamo scoperto il materiale ottimale per un forte strato adesivo tra un substrato di vetro e una pellicola di platino utilizzando CI. Come informazioni richieste per CI, inseriamo 2 tipi di adesivi, vetro e platino, e 30 tipi di elementi metallici. Da 600,000 combinazioni possibili, abbiamo estratto cromo, titanio, cobalto e ittrio come materiali che mostrano dati di elevata forza di adesione sia per il vetro che per il platino. Di questi quattro tipi, abbiamo ristretto il campo a due tipi, cromo e titanio, escludendo cobalto e ittrio, che sono costosi, considerando l'aspetto dei costi. Quindi ho condotto solo due esperimenti per verificare la forza dello strato adesivo. Considerando la quantità di tempo impiegato per acquisire le informazioni necessarie dai documenti di riferimento e il numero di esperimenti di verifica richiesti, siamo riusciti a ridurre il numero totale di processi di oltre il 90%.

2. Utilizzo dell'MI per ricercare condizioni ottimali come rapporti di combinazione dei materiali e processi di produzione

In passato, la determinazione delle condizioni ottimali per i materiali utilizzati nello sviluppo, inclusi rapporti di combinazione ideali, volumi e temperature, richiedeva numerosi esperimenti ripetuti. Tuttavia, l'MI rende possibile determinare tali condizioni in modo efficiente selezionando in anticipo i candidati per la sperimentazione richiesta sulla base dei dati sperimentali passati.

In questo PoC, abbiamo utilizzato l'MI per ricercare quattro condizioni ottimali richieste durante la progettazione dello strato adesivo, riducendo così il numero di esperimenti richiesti di circa l'80%. I risultati sono mostrati nella tabella seguente.

Sulla base dei risultati dei processi di cui sopra, abbiamo aggiunto uno strato adesivo in lega di cromo-titanio al substrato di vetro a 246 ℃ durante la formazione della pellicola di platino, quindi abbiamo verificato che il distacco non si verificasse a temperatura ambiente o ad una temperatura elevata di 800 ℃.

3. Ridurre le emissioni di CO2

Utilizzando MI e CI, il numero di sperimentazioni viene ridotto in una serie di passaggi dalla selezione dei materiali ottimali alla ricerca delle condizioni ottimali. Quindi, rispetto al metodo convenzionale, questo processo che utilizza MI e CI ha ridotto la quantità di emissioni di CO2 da 1.77 tonnellate a 1.42 tonnellate – una riduzione di 0.35 tonnellate(2), contribuendo quindi alla neutralità del carbonio e al raggiungimento della decarbonizzazione della società.

(1) Disegni sperimentali: un metodo per condurre esperimenti in una combinazione di condizioni, utilizzando una combinazione di condizioni per ricavare gli esperimenti necessari senza omissioni attraverso la statistica e analizzando i risultati.
(2) Calcolato sulla base della Guidance on Calculation and Reporting of Evitated Emissions emessa dal WBCSD (World Business Council for Sustainable Development). L'entità della riduzione dipende dalle condizioni di valutazione e dal modello di valutazione.

Questo contenuto dovrebbe essere presentato alla riunione primaverile del Japan Institute of Electronics Packaging presso il Noda Campus dell'Università delle Scienze di Tokyo il 13 marzo 2024.

Hitachi High-Tech fornisce soluzioni che contribuiscono a risolvere le sfide affrontate dalle aziende manifatturiere, oltre a lavorare per creare nuovo valore sociale e ambientale e contribuire alla realizzazione di una società sostenibile.

A proposito di CI

Un servizio cloud fornito da Hitachi High-Tech per facilitare la scoperta di composti chimici. Supporta i clienti ricercando composti con una combinazione di intelligenza artificiale investigativa e un database unico che comprende 43 milioni di brevetti in lingua inglese e altri dati pubblici. www.hitachi-hightech.com/global/en/products/ict-solution/randd/ci/

A proposito di MI

Una piattaforma di servizi e analisi fornita da Hitachi High-Tech e Hitachi, Ltd. utilizza l'intelligenza artificiale per massimizzare le proprietà dei materiali ricavando rapporti di combinazione e condizioni di produzione ottimali, contribuendo all'efficienza di sviluppo dei nostri clienti. www.hitachi-hightech.com/global/en/products/ict-solution/randd/mi/

Informazioni su Hitachi High-Tech Corporation

Hitachi High-Tech Corporation, con sede a Tokyo, in Giappone, è impegnata in attività in un'ampia gamma di settori, tra cui la produzione e la vendita di analizzatori clinici, prodotti biotecnologici e strumenti analitici, apparecchiature per la produzione di semiconduttori e apparecchiature di analisi, e fornisce servizi di alto valore soluzioni aggiunte nei settori delle infrastrutture sociali e industriali e della mobilità, ecc. I ricavi consolidati della società per l'anno fiscale 2022 sono stati di ca. JPY 674.2 miliardi. Per ulteriori informazioni, visitare https://www.hitachi-hightech.com/global/en/

Contatti
Dipartimento soluzioni materiali,divisione resilienza supply chain,gruppo aziendale Supply Chain Platform,Hitachi High-Tech Corporation
Contattaci : mi-info.aj.ml@hitachi-hightech.com

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• Fonte: https://www.jcnnewswire.com/pressrelease/88933/3/