AME – nový pojem ve výrobě elektroniky

Additively Manufactured Electronics (AME) neboli aditivně vyráběná elektronika je nově vznikající postup, který posouvá oblast tištěné elektroniky do nové dimenze. Tisk konstrukčních materiálů i vodivých stop přináší obrovské výhody, především velkou volnost při návrzích, rychlý vývoje a kompaktnější koncová zařízení. V tomto článku vám představíme dvě základní kategorie AME, které se označují jako „plně aditivní“ a „tisk na 3D povrchy“. Obě nabízejí řadu aplikačních příležitostí, které by se podle společnosti IDTechEx měly rozvinout v průběhu příštího desetiletí.

Plně aditivní výroba elektroniky

Pokud jsou prostřednictvím 3D tisku vytištěny strukturální i elektronické součástky, tento výrobní proces se považuje za „plně aditivní“. Takový výrobní přístup poskytuje velkou volnost, protože neexistují prakticky žádná omezení ohledně toho, jak budou vodivé stopy distribuovány v tištěné struktuře. To umožňuje snadno integrovat „speciality“, jako je spirálová anténa, integrované kondenzátory nebo rampové průchody, které je náročné nebo v některých případech i nemožné vyrobit konvenčními metodami. Navíc mohou být v případě potřeby do struktury začleněny také SMD komponenty (Surface Mount Device – součástka pro povrchové osazování na deskách plošných spojů).

Díky plně aditivní výrobě elektroniky si mohou vyvojáří mnohem rychleji poradit s prototypováním obvodů, protože složité vícevrstvé obvody mohou interně vyrábět mnohem rychleji, než při stávajícím zasílání návrhů do externího prototypovacího střediska a čekání na jejich závěry.

Tisk na 3D povrchy

Aditivně vyráběná elektronika může také zahrnovat aplikaci elektronických funkcí na stávající 3D povrchy. Vodivé stopy by mohly být vytištěny například na vstřikovaný plastový díl pomocí specializovaných metod, jako je tisk aerosolem nebo vytlačování materiálu. Trvanlivost a robustnost lze poté ještě zlepšit potištěním dielektrického materiálu na vrchní stranu. Kromě toho mohou být SMD součástky namontovány na 3D povrch pomocí pick-and-place a vodivých lepidel. Tento přístup je velmi slibný pro montáž elektroniky do větších dílů, kde by doba tisku strukturálního plastu byla příliš vysoká.

Klíčovou cílovou aplikací tohoto přístupu je nahrazení kabeláže ve spotřebitelských produktech, vozidlech, a dokonce i letadlech. V současné době je instalace kabeláže náročnou a dlouhou prací nutnou provádět ručně, a tedy i s možností chyb a následných zkratů, pokud se dráty třou o sebe. Tisk kabeláže přímo na 3D plastový povrch umožní automatizaci celého procesu a zvyšuje odolnost, protože vodivé stopy jsou nakonec zapuštěny do dielektrického materiálu.

Začlenění mikrofluidiky a fotoniky

S tím, jak se aditivní výroba elektroniky stále více prosazuje v nejrůznějších oblastech průmyslu, je pravděpodobné, že i v oblasti AME bude k dispozici stále větší množství funkcí. Dá se tedy čekat, že by mohla brzy zahrnovat i mikrofluidiku s elektrickými senzory, piezoelektrickými aktuátory a dokonce i dalšími MEMS komponenty zabudovatelnými prostřednictvím 3D tisku. Dalšími slibné aplikace představuje Lab-on-a-chip pro lékařskou diagnostiku nebo třeba nositelné senzory pro analýzu potu.

Aditivně vyráběná elektronika je také kompatibilní s fotonickými strukturami, i když bude nutné ještě zlepšit rozlišení tisku dielektrických i vodivých prvků. Příkladem potenciální využití mohou být třeba fotonické senzory, ve kterých se index lomu optické dráhy mění teplotou nebo absorpcí plynu, nebo optoelektronické komponenty.

Očekávané využití v praxi

S ohledem na současnou fázi vývoje elektroniky i 3D tisku, a na další požadavky, jako je výrobní propustnost a rozlišení, se dá očekávat, že AME se začne výrazněji prosazovat teprve okolo roku 2030. S prototypováním obvodů prostřednictvím 3D tisku se sice již začíná experimentovat, ale vývoj celých integrovaných zařízení s mnoha různými funkcemi bude velmi náročný a potřebuje kvalitnější komponenty, než jsou v současné době k dispozici.