Аддитивное производство печатных плат на вашем рабочем месте
Обновлено: 28 июн. 2020 г.
От субтрактивного к аддитивному: производство печатных плат перемещается на ваше рабочее место
Аддитивный процесс изготовления печатных плат. (картинка сверху)
В настоящее время 3D-печать процветает, как на коммерческих предприятиях, так и среди любителей. В отчете французской компании Sculpteo о ситуации в сфере 3D-печати за 2017 год сообщается, что на первых этапах разработки нового продукта 57% всех работ выполняются именно с помощью 3D-печати. Что это означает для производителей и инженеров, стоящих за всем? Новые идеи могут быть проверены быстрее, проекты усовершенствованы без лишних затрат связанных с традиционным производством, а потребители выигрывают, приобретая инновационные продукты. Итак, появление 3D-печати изменило отрасль машиностроения, архитектуры и проектирования товаров. Возникает вопрос, как насчет сферы электроники?
Субтрактивные и аддитивные методы в производстве электроники
3D-печать и аддитивное производство электроники все еще находятся в зачаточном состоянии, но не из-за отсутствия интереса к ним. Эта проблема в большей степени связана с ограничениями в отношении материалов и простым, но в то же время трудным вопросом - как напечатать различные слои, материи и компоненты, содержащиеся в современных, плотно упакованных печатных платах?
В наши дни печатные платы все еще производятся традиционным субтрактивным методом. Вся поверхность печатной платы покрывается медью, а области, для которых покрытие не требуется, вытравливаются из платы. Это все равно что взять кусок дерева и вырубить из него необходимую форму и структуру. Данный способ имеет множество отходов.
Традиционный процесс изготовления печатных плат. (картинка сверху)
При аддитивном производстве процесс идет наоборот. Вместо того чтобы начинать работу с объемом материалов, большим чем требуется, вы собираете их по мере необходимости. При аддитивном методе вместо вытравливания меди, вы начинаете с тонкого основания FR4, а затем добавляете дорожки меди с помощью проводящих чернил. Такой подход имеет серьезные изменения в работе инженеров и производителей, среди них:
Свобода для проектирования и инноваций
Будучи инженерами, мы все привыкли к перепроектированию, и к тому, что этот процесс начинается, как правило, не в самый лучший момент разработки продукта. С помощью аддитивного оборудования, инженеры могут наслаждаться свободой творчества и вносить изменения в проект без привычной в этом процессе потери времени или финансовых ресурсов. Представьте себе, что вы можете пересматривать проект и создавать прототип на своем рабочем столе, не дожидаясь, пока производственный цех вернет печатные платы обратно.
Нужны прототипы без ожидания? Аддитивное производство - ваш ответ.
Меньше отходов и затрат
Аддитивное производство приносит гораздо меньше отходов, чем традиционный субтрактивный процесс. Поскольку материалы добавляются слой за слоем, во время изготовления используется только тот ресурс, который необходим для выполнения конкретной задачи, потери материалов просто отсутствуют. Практика показала, что благодаря аддитивному производству можно сократить материальные затраты и потерю ресурсов до 90%.
Защищенная интеллектуальная собственность
При наличии собственного аддитивного производства предприятиям больше не нужно передавать свою интеллектуальную собственность третьим лицам. Это снижает риск воздействия на интеллектуальную собственность и позволяет компаниям оперативно создавать прототипы и реализовывать идеи, сокращая при этом затраты связанные с разработкой печатных плат.
Создание прототипов на стороне может увеличить риски кражи
интеллектуальной собственности. (картинка сверху).
Преимущества аддитивного производства распространяются и на сам продукт. Печатные платы, изготовленные таким образом, имеют:
Более высокую плотность, а дорожки меди расположены на небольшой области.
Последовательное определение дорожек и их ширины, влияющее на целостность сигнала.
Более тонкие и гибкие схемы, которые идеально подходят для носимых устройств.
Более стабильные электрические и механические характеристики.
Высокий контроль качества над электроникой с гибкими/жесткими схемами и различной толщиной дорожек.
Дорожки меди полученные с помощью аддитивного производственного
процесса, гораздо более однородны. (картинка сверху)
Аддитивное производство на вашем рабочем столе
Для аддитивного производства электроники существует два решения - 3D-печать и 2D-печать. В 3D-печати платы создается с нуля, слой за слоем, с помощью применения различных проводящих чернил, гелей и оснований, процесс производства которых происходит на уровне наночастиц. 3D-печать для печатных плат достаточно новая область производства, в основном из-за сложности, используемых материалов и требований экструзии.
Один из первых 3D-принтеров для печатных платах с использованием
проводящих чернил наночастиц, Dragonfly 2020. (картинка сверху)
Кроме того, существует проблема совместимости программного обеспечения для проектирования печатных плат. Мы все полагаемся на файлы Gerber для передачи проектных разработок в производство, но они представляют собой 2D-перспективу печатной платы. Тогда возникает вопрос, как преобразовать эти 2D-файлы в 3D-печатные файлы, которые должны определять толщину оснований, глубину переходных отверстий и окон, размеры дорожек и многое другое? Программного обеспечения для проектирования и производственных мощностей, отвечающих этим уникальным требованиям, по-прежнему не существует.
С другой стороны аддитивного производства, мы имеем струйную 2D-печать. Данное оборудование использует печатающую головку, которая наносит проводящие дорожки на плоское горизонтальное основание. Это идеальное решение для печати 2-слойных плат для быстрого создания прототипов.
Одним из лидеров в области 2D-печати плат является компания Volterra, она создала принтер для их изготовления под названием V-One. Этот принтер печатает двухсторонние прототипы, распределяет паяльную пасту и даже выступает в качестве печи оплавления для монтажа компонентов.
Создавайте прототипы на лету с помощью V-One PCB Printer от Voltera. (картинка сверху)
Рассмотрим текущий рабочий процесс для создания прототипа. Вам необходимо направить файлы с разработками в производственный цех и ждать несколько дней или даже недель, чтобы получить печатные платы обратно. С принтером Voltera V-One вы сможете экспериментировать и создавать модели в течение нескольких часов, а не дней. Это может изменить наш подход к процессу проектирования, просто представьте:
Иметь больше времени для того, чтобы экспериментировать с новыми задумками, и не быть привязанными к производственному процессу для создания прототипов.
Иметь возможность быстрее выводить свой продукт на рынок, за счет выполнения итерации на ранней стадии и решения вопросов, относительно точек риска в самом начале процесса проектирования.
Понимать влияние конструктивных изменений до того, как они достигнут производственного уровня, путем выявления проблем в прототипе.
Звучит как лучший мир инженерии? Voltera легко интегрируется в уже сложившийся процесс проектирования и позволяет:
Печатать свои собственные печатные платы. Переходите от прототипа к производству двухслойных печатных плат прямо на своем рабочем месте. Чернила, используемые в V-One, на 90% состоят из серебра и идеально подходят для цифровых и маломощных приложений, даже на частотах до 5 ГГц.
Сосредоточьтесь на проектировании, а не на пайке. Нет больше возни с паяльной пастой и шаблонами для создания прототипов. Припой наносится машиной, и нагревательная платформа мощностью 550 Вт достигает температуры оплавления менее чем за минуту.
Интегрируйте создание прототипов в процесс проектирования. Программное обеспечение Voltera позволяет импортировать существующие CAM файлы из системы EAGLE. Как только ваш проект будет загружен в программное обеспечение, требуется определение только 2-х характеристик на вашей плате для выравнивания, и вся работа будет выполнена.
Для тех, кто обеспокоен вопросом - отвечают ли принтеры 2D-печати потребностям современной электроники - не волнуйтесь. Аппарат Voltera может обрабатывать 0402 размеры корпусов и 8 mil дорожки.
Изготовление печатных плат на рабочем месте
Технологии 3D-печати при производстве печатных плат необходимо пройти еще долгий путь в сфере электронной промышленности, поскольку впереди стоят проблемы материального обеспечения и особенностей осуществления экструзии. Однако для современного разработчика печатных плат процесс прототипирования и итерации новых идей никогда не был так прост, благодаря доступным технологиям 2D-печати. Принтер Voltera V-One позволяет легко проектировать, прототипировать и собирать двухсторонние печатные платы в соответствии с планом, прямо на вашем рабочем месте.