IDTechEx Si Chiede Se La Produzione Di Elettronica Possa Entrare Nell'era Digitale

Alla domanda se l'elettronica sia una "tecnologia digitale", quasi tutti risponderebbero in modo affermativo. Tuttavia, mentre le schede a circuito stampato (PCB)consentono di utilizzare le tecnologie digitali, i processi di fabbricazione utilizzati per produrle sono ancora in gran parte analogici.

 

La "fabbricazione digitale" si riferisce a qualsiasi metodo controllato direttamente da un computer - il semplice utilizzo di un software nel processo di progettazione non conta. Esempi noti sono la lavorazione CNC (controllo numerico computerizzato), un metodo sottrattivo in cui un utensile da taglio rotante rimuove selettivamente il materiale, e la stampa 3D, un metodo additivo che prevede la deposizione selettiva di metallo, plastica o persino ceramica. In entrambi i casi, il controllo diretto del computer significa che ogni pezzo prodotto può avere un design diverso e che il design può essere modificato una volta che la produzione è in corso.

 

Al contrario, la produzione convenzionale di PCB adotta un approccio analogico. Il modello desiderato viene trasferito su una maschera utilizzata per la fotolitografia. Le regioni di materiale, tipicamente il laminato di rame su un PCB, che non sono rivestite con la resistenza del modello vengono poi rimosse con un mordenzante. Sebbene questo approccio consenta una produzione efficiente e ad alto rendimento, l'introduzione di metodi di produzione digitale apporterebbe ulteriori vantaggi.

 

 

Probabilmente, il principale vantaggio della produzione digitale rispetto a quella analogica è che ogni articolo può essere diverso senza tempi o costi aggiuntivi di configurazione. È per questo che le stampanti a getto d'inchiostro (digitali) vengono utilizzate a casa, poiché in genere è sufficiente una sola copia, mentre la stampa offset (analogica) viene utilizzata per i giornali prodotti in serie. Per quanto riguarda l'elettronica, la fabbricazione digitale consente la prototipazione rapida, accelerando il processo di progettazione. Facilita la personalizzazione di massa, dove ogni circuito ha un design diverso, se desiderato, senza aumentare drasticamente i costi di produzione. Inoltre, i metodi di fabbricazione digitale ad alta risoluzione possono essere utilizzati insieme alla fotolitografia convenzionale per riparare eventuali rotture indesiderate dei circuiti.

 

 

L'interesse per i metodi di fabbricazione digitale per l'elettronica è cresciuto rapidamente negli ultimi anni. Mentre la stampa a getto d'inchiostro è di gran lunga il metodo più consolidato per depositare digitalmente l'inchiostro conduttivo, esistono diverse tecniche emergenti che sono sia digitali che additive. Tutte offrono il controllo diretto della produzione digitale, pur spaziando su una gamma di velocità di produzione, risoluzioni, viscosità del materiale e dimensioni del substrato.

 

Print-then-plate utilizza la stampa a getto d'inchiostro di un sottile strato di inchiostro conduttivo a nanoparticelle d'argento per modellare selettivamente il substrato. Questo "strato seme" viene poi completamente metallizzato mediante placcatura elettrolitica, producendo un circuito di rame. Questo metodo è già utilizzato per la produzione di massa. Combina la personalizzazione della fabbricazione digitale, la riduzione degli scarti della fabbricazione additiva e la conduttività del rame metallico (anziché dell'inchiostro conduttivo stampato).

Il trasferimento in avanti indotto dal laser (LIFT) può essere considerato un ibrido tra la strutturazione diretta del laser (LDS) e la stampa a getto d'inchiostro. In breve, un laser riscalda l'inchiostro conduttivo rivestito sotto una "piastra di trasferimento" e il solvente che evapora espelle l'inchiostro. L'assenza di ugelli è un grande vantaggio, in quanto consente di utilizzare gli inchiostri viscosi tipicamente utilizzati per la serigrafia. Il LIFT può essere utilizzato in combinazione con la produzione R2R, consentendo una produzione rapida ed economica di circuiti personalizzati.

La stampa ad aerosol è una tecnica relativamente consolidata che si presta bene alla stampa su superfici 3D. Un inchiostro a bassa viscosità viene atomizzato e formato in un sottile getto collimato all'interno di uno strato di guaina di gas, consentendo risoluzioni fino a 10 um con una distanza di lavoro fino a 5 cm. Viene già utilizzata nel processo di produzione di imballaggi per semiconduttori e sarà presto applicata a superfici conformali di superficie maggiore, come il vetro automobilistico.

La stampa elettroidrodinamica (EHD) utilizza un campo elettrico per "tirare" l'inchiostro da un ugello anziché affidarsi alla pressione per "spingerlo" fuori. Questa tecnica, in grado di produrre tracce strette fino a 1um, viene attualmente utilizzata per riparare i difetti dei backplane TFT. Un approccio emergente, che consiste nel combinare centinaia di ugelli indirizzabili individualmente all'interno di un singolo chip MEMS (micro-sistema elettromeccanico), promette di rompere il compromesso tra risoluzione e produttività per la produzione di elettronica additiva su piccola scala.

La stampa a impulsi ~è una tecnica innovativa nelle prime fasi di sviluppo che promette un'elevata produttività di stampa su superfici 3D, come i bordi delle lastre di vetro o gli imballaggi dei semiconduttori 2,5D. L'approccio utilizza un rapido impulso di calore da una serie controllabile di elementi riscaldanti per espellere l'inchiostro da una "superficie di trasferimento" piatta sull'oggetto di destinazione. Poiché non viene utilizzato alcun ugello, l'inchiostro può essere espulso simultaneamente da tutta la "superficie di trasferimento" riscaldata.

 

 

Si prevede che i metodi di produzione dell'elettronica digitale descritti guadagneranno ulteriormente terreno, spinti dal desiderio di una maggiore personalizzazione, da cicli di sviluppo del prodotto più brevi e dalla domanda di elettronica 2.5D/3D. Il rapporto di IDTechEx, "Produzione Di Elettronica Stampata 2023-2033", si basa su 20 anni di copertura dell'elettronica stampata e flessibile per esplorare queste tecnologie e molte altre, compresa la produzione roll-to-roll. Basandosi sulle informazioni ricavate dalla partecipazione a conferenze e da interviste primarie, delinea gli attori, le capacità, le tendenze e i requisiti dello spazio di produzione dell'elettronica stampata, aiutando a supportare le scelte nello sviluppo del prodotto e nella fase di scalata verso la produzione di massa.

 

Per saperne di più, comprese le pagine campione scaricabili, visitate il sitowww.IDTechEx.com/ManufacturingPE.