Tištěná elektronika z pohledu výroby elektroniky

Tištěná elektronika (Printed Electronics, PE) je známá již od 30. let minulého století, přičemž souhrnný přehled technologie pro tisknutí elektronických obvodů publikoval Cledo Brunetti již v roce 1947. Procesy využívající tisku byly použity už před stávajícími procesy výroby desek plošných spojů. Když mluvíme o tištěné elektronice dnes, potom tisknutí vodivých spojů stříbrem nebo uhlíkem je doplněno polovodičovými a dielektrickými materiály, které jsou postupně nanášeny tak, aby vytvořily určitou strukturu, a pokud to je potřeba, jsou ještě vytvrzeny nebo vysušeny.

Postupy výrobců tištěné elektroniky kombinují výrobu produktu s určitými vlastnostmi a funkčnostmi. V ideálním případě je celý výrobní postup v rukou jedné osoby nebo firmy, od návrhu až k výrobě, což vytváří byznys model typu uzavřené smyčky. Tento „all-in-one“ přístup k tištěné elektronice, ve kterém je kompletní produkt navržen, vyroben a nakonec i dodáván jednou firmou, je v rozporu se standardním modelem výroby elektroniky, který je naopak založen na dodávkách jednotlivých částí od různých dodavatelů a který je také důvodem pro úspěch průmyslu a různorodost výrobků, které tímto přístupem vznikají.

Bylo by prospěšné vyřešit tento rozpor, čímž by se vytvořily nové příležitosti k inovaci výroby elektroniky s pomocí tištěné elektroniky. To ale vyžaduje další úsilí, a to nejen ve výzkumu materiálů a výrobních postupů. Ještě důležitější je totiž nalézt pro tištěnou elektroniku to správné uplatnění v dodavatelském řetězci EMS.

Kdokoliv chce vytvořit přidanou hodnotu v tomto prostředí, potřebuje precizně popsat potřeby zákazníků, a tím i požadavky na konečný výrobek. To povede ke správnému způsobu použití tištěné elektroniky, které je potřebné pro vytvoření úspěšného produktu.

Obr. 1 Displej, klávesnice a logika zhotovená jako tištěná elektronika (EU projekt 3PLAST, ICT-2007 No. 215036. Courtesy Joanneum Research - MATERIALS).

V některých oblastech elektroniky se tento požadavek jeví snazší než u jiných. Výrobci displejů si již osvojili tištěnou elektroniku natolik, že si bez ní jejich výrobu nelze představit. Výroba organické fotovoltaiky používá procesy tištěné elektroniky zhruba z 9 %. V těchto dvou příkladech jsou výsledné aplikace jasně popsány, stejně jako jednotlivé funkční elementy, které se za použití tištěné elektroniky vyrábějí. Tím je tištěná elektronika zcela integrována do procesů výrobního řetězce, ale ani tak nepokrývá kompletní výrobní proces nebo dodavatelský řetězec.

Výrobní procesy, jako jsou ALIVH (Panasonic), B²IT (DNP), PALAP (Denso) a SAVIA (Samsung), využívají tištěné procesy pro vytvoření vodivého spojení v ose Z. To jsou velmi dobré příklady toho, jak si technologie tištěné elektroniky našly cestu do výroby desek plošných spojů ještě předtím, než se o to začali zajímat odborníci stojící mimo tuto výrobní oblast.

Je zřejmé, že si zástupci EMS průmyslu stále více uvědomují možnosti, které tištěná elektronika může vnést do jejich modelu podnikání. K urychlení tohoto trendu je potřeba více expertů z oboru výroby elektroniky, kteří by pomohli začlenit procesy tištěné elektroniky do již existujících postupů. Když se využijí nápadité (byť ne vždy zcela nové) myšlenky odborníků specializujících se na tištěnou elektroniku, potom by mohla tištěná elektronika přejít na pokročilé metody výroby, které by jí učinily více konkurenceschopnou.

Po více než dekádě intenzivního výzkumu potřebného materiálu a výrobních technologií se stala tištěná elektronika běžnou součástí výroby elektroniky. To dokazuje také skutečnost, že v roce 2011 začala asociace IPC pracovat na standardech pro tištěnou elektroniku. Byly vytvořeny pracovní skupiny, které se zabývají základním funkčním materiálem, výrobními procesy i požadavky na výrobky. Podobně i organizace IEC vytvořila pracovní skupinu TC119, která se této problematice věnuje. Úzká spolupráce mezi těmito dvěma organizacemi pomůže posunout tištěnou elektroniku dále. Bylo by také přínosné, kdyby se v této oblasti více angažovaly německé i ostatní evropské firmy.

Ukazuje se však, že ve vývoji tištěné elektroniky nebyla jedné záležitosti věnována dostatečná pozornost – tou je průběžné testování elektrické funkčnosti výrobku. Z toho vyplývá, že bude potřeba vynaložit ještě značné úsilí k zvládnutí spolehlivého testování tištěných obvodů během jejich výroby.

Z pohledu firem, které prodávají elektronické výrobky, by mohla být tištěná elektronika v některých případech atraktivní volbou, zatímco u jiných typů výrobků budou i nadále využívány tradiční technologie. Dá se však očekávat, že návrháři výrobků budou tištěnou elektroniku využívat stále častěji.

Téma tohoto článku bylo také náplní workshopů „Printing in the electronics industry – today and tomorrow!“. Na výstavě SMT/Hybrid 2012 v Norimberku byly v této souvislosti prezentovány a diskutovány koncepty zaměřené na současné i budoucí možnosti použití materiálů a výrobních procesů. Tato akce představila vizi dalších možných inovací produktů a procesů v oboru tištěné elektroniky.

O autorovi

Dr. Markus Riester hledá a zkoumá nové technologie výroby elektroniky se zaměřením na technologie PCB a tzv. Packaging.

Spolupracuje s firmami a výzkumnými ústavy při specifikaci technologií, které jsou rozhodující pro jejich produkty nebo výrobní procesy. Do roku 2007 vedl výzkumné oddělení AT&S AG. Od roku 2000 do 2005 vyvíjel projekty založené na tištěné elektronice a technologie optických desek pro Motorola Labs. Od 1998 do 2000 vedl tým pro čistící procesy v IBM Storage Systems. Studoval chemii na univerzitách v Osnabrücku a Darmstadtu. Je držitelem několika patentů, publikoval přes 20 článků a jednu odbornou knihu.

www.maristechcon.com

Poznámka:

Toto je upravená verze článku uveřejněného v Flex007 1/2012: www.flex007.com/pages/zone.cgi?a=82975