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PCB增材制造工艺

二月 21, 2020 | Joe Fjelstad, Verdant Electronics
PCB增材制造工艺

“预测难,预测未来更难。”– Yogi Berra

实践已经一次又一次地证明了Yogi Berra和其他一些具有科学思维的人(包括先驱物理学家Nils Bohr)生逢佳时,对未来的预测看法简单而敏锐。未来的确很难预测,但是可以通过逻辑和大胆的推断来推测某些事情。曾经我与几个大兵一起利用休息时间“发明”了现在的虚拟现实(VR)和/或增强现实(AR)。它基于钢制头盔,配备弯曲的显示屏,具有180°视场,在其周围放置扬声器,可实现立体声(但是我记得当时没想到用立体视觉来实现3D成像)。

当然,我们无法实现不切实际的想法,因为支持大家共同愿景的技术直到现在才出现。我可以断言,可能还有其他人也有类似的想法,如现在可用的Oculus VR头显证明确实如此。

我们看到人们对使用增材制造方法和3D打印实时制造电子基板的技术越来越感兴趣,它是产品开发的真正变革者,最近行业对增材制造技术的兴趣激增(公开发表的相关文章和新闻稿大量增加)表明,电子互连制造业即将成为制造技术的突破点。

电路增材制造的基本概念非常久远,可以追溯到20世纪40年代该行业的诞生之时。当时工程师和有技术远见的专家采用导电和绝缘材料的各种组合,探索生成印制电子电路的多种不同新方法。他们当时的想法是正确的,但是由于受到可用设备、材料和工艺的限制,它仍属于一种边缘技术,仅限于在较高电压和较低电流下工作的电路。

上世纪60年代末和70年代,主要的OEM如AT&T,再次采用增材概念生产铜基PCB。但是该过程要花费数小时才能将铜层加工到所需的厚度。它是通过半加成工艺概念而发展起来的,如今,半加成工艺已广泛应用,如高性能产品中高密度多层PCB。

我于1990年加入了一家小型创业公司(公司名最终定为Extend Length Flex(ELF)Technologies),创始人开发了一种激光打印催化碳粉技术,他们打算将其用于制造中间层。但是,我说服他们该技术非常适合将催化墨粉激光打印在材料网上,可生成无限长度的挠性电路,以及一个可以经济运行的电路,因为数据都是数字化的。公司为这个简单的想法投入了资金,在进行验证的过程中,市场却还没有准备好。如今,通过直接Web打印电路技术能够实现相同功能,而且电路尺寸很小,这在过去是不敢想像的。

21世纪初,Seiko Epson公司展示了一种多层印制电路,其中的每一层介质和导体都按顺序打印,可生成非常精细的电路。这些技术一直在不断进步和改进,正是这类技术激发了人们的信心,使人们有可能将电路直接打印到元器件接触点的平面端子上,从而完全无需焊接步骤。

我多年以来一直反对欧盟的无铅指令,这给了我灵感。最后,我将新的无焊接方法命名为“Occam工艺”,这归功于它的简单性和对Occam原理的坚持——“简单至上,抛去繁琐”。该工艺消除了电子产品制造中最棘手的工艺步骤,即焊接及其所有负面属性。

对于那些对焊接技术问题持怀疑态度的人,可以查查相关电子期刊、杂志或新闻通讯,看看有多少篇文章和论文是以焊接为中心主题,涉及材料、设备工艺、缺陷检测(和持续承诺减缓)和故障分析。然后,计算它们占文章总数的百分比。

如今,使用现有设备(ala Occam)在不使用焊料的情况下生产电子组件是可能的,它涉及到制程的简单逆转,即先构建一个元器件电路板,然后以加成方式来增加涂布电路。对于那些更感兴趣的人,我建议访问我的LinkedIn,阅读“The Occam Files” 系列文章。

结论

总而言之,当今的增材电子制造业有望实现很久以前的承诺。这是一种向消费者交付物质世界中最宝贵的东西——时间的方法。时间本身可能是无限的,但生活中的其他一切都是有限的。

如果制造商能够比竞争对手更快地开发和交付样品,他们将占有市场,即使只是暂时的(大公司往往会窃取想法,如果想法足够好,就像工业界的标志人物比尔•盖茨和史蒂夫•乔布斯都能正确观察并说服自己采纳这些想法),速度是小型创新公司对抗大公司竞争对手的唯一武器。拥抱变化,采用增材技术;这将是小公司在日益残酷的商业环境中赢得竞争的机会。

最后,我想对Yogi的名言发表看法:“未来绝不会和过去一样,所以要接受改变。” 

Joe Fjelstad是Verdant Electronics公司的创始人兼首席执行官,是电子互连和封装技术领域的国际权威和创新者,拥有150多项已发布或正在申请的专利。如需阅读往期专栏文章或与Fjelstad联系,请单击此处

标签:
#增材制造  #印刷电子 

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