Bijdragen aan de efficiënte ontwikkeling van dunne-filmmaterialen van metaal door gebruik te maken van chemische informatica en materiaalinformatica

TOKYO, 9 februari 2024 – (JCN Newswire) – Hitachi High-Tech Corporation (“Hitachi High-Tech”) heeft een proof of concept (“PoC”)-proef uitgevoerd met behulp van Chemicals Informatics (“CI”) en Materials Informatics (“MI”) om de efficiëntie van de ontwikkeling van dunne metaalfilms te verbeteren materialen die worden gebruikt in elektronische en andere apparaten. De PoC liet zien dat de totale werklast met meer dan 80% werd verminderd, zelfs bij de ontwikkeling van nieuwe materialen, wat aantoont dat deze tools kunnen worden gebruikt om de activiteiten te stroomlijnen.

De afgelopen jaren wordt MI – dat AI gebruikt om de optimale combinatieverhouding en samenstelling van materialen af ​​te leiden op basis van verzamelde experimentele gegevens uit het verleden – steeds vaker gebruikt om de hoeveelheid vallen en opstaan ​​tijdens de ontwikkeling van materialen te verminderen. CI is een eigen service van Hitachi High-Tech die AI gebruikt om openbare gegevens zoals patenten te analyseren en optimale materialen voor ontwikkeling te selecteren. CI en MI dragen bij aan de efficiëntie van ontwikkeling.

De PoC maakte duidelijk dat zelfs nieuwe materialen zonder verzamelde experimentele gegevens uit het verleden efficiënter kunnen worden ontwikkeld door de MI van Hitachi High-Tech te combineren met CI. Dit elimineert het documentonderzoek en de round-robin-test met experimentele ontwerpen(1), waardoor de efficiëntie van de ontwikkeling van nieuwe materialen wordt verbeterd.

Hitachi High-Tech is van plan het proces van deze PoC als service aan te bieden aan klanten, voornamelijk bij chemische en materiaalfabrikanten, wier vraag naar steeds geavanceerdere en efficiëntere ontwikkelingsprocessen escaleert. De dienst zal niet alleen de efficiëntie van de ontwikkeling verbeteren, maar ook helpen de gevolgen voor het milieu te beperken door de hoeveelheid experimenten die tijdens het ontwikkelingsproces nodig zijn te verminderen.

Achtergrond van de PoC

De vraag naar zeer geavanceerde materialen is groter dan ooit, niet alleen vanwege hun functionaliteit, maar ook vanwege de manier waarop ze kunnen worden gebruikt om sociale problemen op te lossen, zoals het bereiken van een koolstofneutrale/koolstofarme samenleving. Er is een toenemende behoefte aan DX (Digitale Transformatie) en GX (Groene Transformatie) om R&D fundamenteel te versterken en de operationele efficiëntie te verbeteren. Daarom hebben veel organisaties MI actief geïntroduceerd als een AI-ondersteunde methode voor het ontwikkelen van nieuwe materialen. MI is nuttig op gebieden waar bestaande materialen al zijn ontwikkeld, maar kan niet worden gebruikt om de efficiëntie te verbeteren bij de ontwikkeling van nieuwe materialen, waar er geen eerder verzamelde gegevens zijn waaruit kan worden geput tijdens de selectie van grondstoffen. Er was dus een nieuw instrument nodig.

Details van de PoC

Deze PoC testte de ontwikkeling van dunne metaalfilmmaterialen die worden gebruikt in elektronica en andere apparaten. Dunne metaalfilms worden gecreëerd door atomen af ​​te zetten op substraten gemaakt van materialen zoals silicium of glas om dunne filmlagen te vormen, die worden gelamineerd en gebruikt om elektronische apparaten. Een zwakke hechting tussen het substraat en de dunne metaalfilm kan ervoor zorgen dat de film loslaat, wat resulteert in slechte prestaties. Een sterke hechting is dus een belangrijke ontwerpoverweging, maar het ontwerp van de hechting vergt veel ontwikkelingsproces. De PoC toonde een vermindering van meer dan 80% aan in het aantal ontwikkelingsprocessen vergeleken met conventionele methoden door CI te gebruiken om de meest geschikte metalen elementen voor de adhesielagen tussen substraten en dunne metaalfilms te bepalen, en MI te gebruiken om de beste combinatieverhoudingen te bepalen van metalen elementen en de optimale omstandigheden voor het productieproces.

1. CI gebruiken om optimale materialen te selecteren op basis van patentgegevens

Voorheen betekende het selecteren van de ideale materialen voor ontwikkeling het lezen van uitgebreide referentiedocumentatie om de benodigde informatie te vinden, en vervolgens het uitvoeren van round-robin-tests met experimentele ontwerpen voor alle kandidaat-materialen om te verifiëren welke het beste werkt. In deze PoC ontdekten we met behulp van CI het optimale materiaal voor een sterke lijmlaag tussen een glassubstraat en een platinafilm. Als vereiste informatie voor CI voeren we 2 soorten hechtingen in, glas en platina, en 30 soorten metalen elementen. Uit 600,000 mogelijke combinaties hebben we chroom, titanium, kobalt en yttrium geëxtraheerd als materialen met hoge adhesiesterktegegevens voor zowel glas als platina. Van deze vier typen hebben we het teruggebracht tot twee typen, chroom en titanium, met uitzondering van kobalt en yttrium, die duur zijn gezien het kostenaspect. Vervolgens voerden we slechts twee experimenten uit om de sterkte van de lijmlaag te verifiëren. Als we rekening houden met de hoeveelheid tijd die besteed wordt aan het verkrijgen van de benodigde informatie uit referentiedocumenten en het aantal vereiste verificatie-experimenten, zijn we erin geslaagd het totale aantal processen met meer dan 90% te verminderen.

2. MI gebruiken om te zoeken naar optimale omstandigheden, zoals materiaalcombinatieverhoudingen en productieprocessen

In het verleden waren voor het bepalen van de optimale omstandigheden voor materialen die bij de ontwikkeling werden gebruikt, inclusief ideale combinatieverhoudingen, volumes en temperaturen, talloze herhaalde experimenten nodig. MI maakt het echter mogelijk om dergelijke omstandigheden efficiënt te bepalen door vooraf kandidaten voor de vereiste experimenten uit te kiezen op basis van experimentele gegevens uit het verleden.

In deze PoC hebben we MI gebruikt om vier optimale omstandigheden te onderzoeken die nodig zijn bij het ontwerpen van de lijmlaag, waardoor het aantal benodigde experimenten met ongeveer 80% werd verminderd. De resultaten worden weergegeven in de onderstaande tabel.

Op basis van de resultaten van de bovenstaande processen hebben we bij het vormen van de platinafilm een ​​kleeflaag van chroom-titaanlegering aan het glassubstraat toegevoegd bij 246 ℃. Vervolgens hebben we gecontroleerd of het loslaten niet optrad bij kamertemperatuur of bij een hoge temperatuur van 800 °C. ℃.

3. Vermindering van de CO2-uitstoot

Door MI en CI te gebruiken, wordt het aantal experimenten in een reeks stappen verminderd, van het selecteren van optimale materialen tot het zoeken naar optimale omstandigheden. Dus vergeleken met de conventionele methode verminderde dit proces met behulp van MI en CI de hoeveelheid CO2-uitstoot van 1.77 ton naar 1.42 ton – een reductie van 0.35 ton(2), wat vervolgens bijdraagt ​​aan de koolstofneutraliteit en het bereiken van een koolstofarme samenleving.

(1) Experimentele ontwerpen: een methode voor het uitvoeren van experimenten onder een combinatie van omstandigheden, waarbij een combinatie van omstandigheden wordt gebruikt om de noodzakelijke experimenten af ​​te leiden zonder weglating door middel van statistieken, en de resultaten te analyseren.
(2) Berekend op basis van de Guidance on Calculation and Reporting of Vermijded Emissions uitgegeven door de WBCSD (World Business Council for Sustainable Development). De hoogte van de korting is afhankelijk van de evaluatievoorwaarden en het evaluatiemodel.

Deze inhoud zou op 13 maart 2024 worden gepresenteerd tijdens de voorjaarsbijeenkomst van het Japan Institute of Electronics Packaging op de Noda Campus van de Tokyo University of Science.

Hitachi High-Tech levert oplossingen die bijdragen aan het oplossen van de uitdagingen waarmee productiebedrijven worden geconfronteerd, en werkt aan het creëren van nieuwe sociale en ecologische waarde en draagt ​​bij aan de realisatie van een duurzame samenleving.

Over CI

Een cloudservice aangeboden door Hitachi High-Tech om te helpen bij de ontdekking van chemische verbindingen. Ondersteunt klanten bij het zoeken naar verbindingen met een combinatie van onderzoeks-AI en een unieke database met 43 miljoen Engelstalige patenten en andere openbare gegevens. www.hitachi-hightech.com/global/en/products/ict-solution/randd/ci/

Over MI

Een service- en analyseplatform van Hitachi High-Tech en Hitachi, Ltd. gebruikt AI om de materiaaleigenschappen te maximaliseren door optimale combinatieverhoudingen en productieomstandigheden af ​​te leiden, wat bijdraagt ​​aan de ontwikkelingsefficiëntie van onze klanten. www.hitachi-hightech.com/global/en/products/ict-solution/randd/mi/

Over Hitachi HighTech Corporation

Hitachi High-Tech Corporation, met hoofdkantoor in Tokio, Japan, houdt zich bezig met activiteiten op een breed scala aan gebieden, waaronder de productie en verkoop van klinische analysatoren, biotechnologische producten en analytische instrumenten, apparatuur voor de productie van halfgeleiders en analyseapparatuur, en het leveren van hoogwaardige toegevoegde oplossingen op het gebied van sociale en industriële infrastructuur en mobiliteit, enz. De geconsolideerde omzet van het bedrijf voor boekjaar 2022 bedroeg ongeveer. 674.2 miljard JPY. Voor meer informatie, bezoek https://www.hitachi-hightech.com/global/en/

Neem contact op
Material Solution Dept., Supply Chain Resilience Div., Supply Chain Platform Business Group, Hitachi High-Tech Corporation
Neem contact op : mi-info.aj.ml@hitachi-hightech.com

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://www.jcnnewswire.com/pressrelease/88933/3/