Moderní technologie přetvářející výrobu elektroniky a plošných spojů
Výroba elektroniky prochází zásadní proměnou díky 5 klíčovým technologiím. Ty nejen zvyšují efektivitu a přesnost, ale zejména otevírají nové možnosti v oblasti návrhu a výroby plošných spojů.
1. 3D tisk elektrických obvodů a plošných spojů
3D tisk dnes umožňuje nejen výrobu mechanických dílů, ale i přímé nanášení vodivých materiálů na různé substráty – včetně flexibilních a trojrozměrných povrchů. Navíc umožňuje snadno přizpůsobit návrhy, což je ideální pro malosériovou výrobu, vývoj nositelné elektroniky a další inovativní aplikace.
3D tisk se stává revoluční technologií ve výrobě elektroniky, zejména plošných spojů. Namísto tradičního procesu – který zahrnuje leptání mědi, vrtání, laminování a další kroky – umožňuje 3D tisk vrstvit vodivé a izolační materiály přímo na substrát. Tento přístup snižuje počet výrobních kroků, minimalizuje odpad a zkracuje čas potřebný k prototypování.
Pomocí speciálních inkoustů s vodivými částicemi lze tisknout vodivé cesty, přičemž se využívají různé metody, jako je aerosolový tisk, extruze past nebo inkoustový tisk. Lze tak vyrábět i desky s neobvyklou geometrií, jako jsou ohebné nebo trojrozměrné PCB, což rozšiřuje možnosti konstrukce zařízení.
Výrazný přínos 3D tisku spočívá také v možnosti integrace mechanických a elektronických funkcí do jednoho procesu. Například může být celý výrobek – kryt, držák, vodiče i spoj – vytištěn najednou, což zkracuje montážní čas a zvyšuje integritu konstrukce.
Pro výzkum a vývoj nebo zakázkovou malosériovou výrobu je 3D tisk ideální volbou.
Firmy tak mohou rychle iterovat návrhy a testovat funkčnost bez závislosti na externích výrobních službách.
2. Pokročilé techniky mikroobrábění
Mikroobrábění je klíčové při výrobě vícevrstvých PCB s vysokou hustotou spojů. Umožňuje vytvářet velmi přesné struktury a mikrootvory, které jsou nezbytné pro miniaturizaci moderní elektroniky.
3. Válečkový transferový tisk
Tato metoda slouží k efektivnímu nanášení vodivých vrstev a dalších materiálů na podložky. Je zvlášť vhodná pro výrobu flexibilních plošných spojů, kde tradiční techniky selhávají. Přináší nižší náklady, vyšší přesnost a škálovatelnost výroby.
Válečkový transferový tisk má význam u výroby flexibilních DPS nebo u tištěné elektroniky.
Je to technologie, při které se materiály(např. vodivé inkousty, polovodiče nebo dielektrika) nanášejí na pružné podložky (např. plast, PET fólie) pomocí válečku – podobně jako u tisku novin.
Výhody transferového tisku u plošných spojů
Flexibilita designu Tradiční DPS jsou tuhé – obvykle ze sklolaminátu (FR-4). Ale pro nositelnou elektroniku, senzory, RFID štítky nebo „chytré obaly“ jsou potřeba ohebné obvody. A právě válečkový tisk umožňuje výrobu takových tenkých, lehkých a flexibilních DPS.
Nízké náklady a rychlost výroby Tisk pomocí válečku umožňuje kontinuální výrobu, takže je levnější a rychlejší než klasické leptání a pokovování. To je výhodné pro hromadnou produkci v průmyslu, třeba u levné spotřební elektroniky.
Tisk vodivých cest Pomocí této metody se přímo „vytisknou“ vodivé spoje, které plní stejnou funkci jako měděné dráhy v klasických DPS. Místo odstraňování přebytečného materiálu (leptání) se zde jen přesně nanáší potřebné množství.
Integrace více vrstev Stejně jako klasické DPS, i tištěné obvody mohou být vícevrstvé. Transferový tisk umožňuje přenášet různé vrstvy nad sebe s vysokou přesností.
Škálovatelnost a personalizace Díky tiskovým technikám lze snadno přizpůsobit tvar, vzor nebo velikost – skvělé pro prototypování nebo malé série.
Typické aplikace:
Flexibilní displeje
Biologické senzory
RFID tagy
Chytré hodinky, fitness náramky
Elektronika v textilu
Výzkum a vývoj nových materiálů (např. vodivé inkousty na bázi stříbra, uhlíkových nanotrubic, grafenu) pro transferový tisk, přinese další využití této technologie.
4. Umělá inteligence v návrhu plošných spojů
AI pomáhá optimalizovat návrh desek plošných spojů – od rozložení komponent po simulaci elektromagnetických vlastností. Urychluje vývoj, snižuje počet chyb a zvyšuje výkonnost výsledných zařízení. Umělá inteligence se stává nedílnou součástí vývoje elektronických zařízení, a v návrhu desek plošných spojů přináší zásadní zefektivnění celého procesu. Tradičně je návrh desek časově náročný a vyžaduje značné zkušenosti. AI nástroje však přebírají řadu klíčových úkolů, což umožňuje rychlejší vývoj, nižší chybovost a optimalizaci konstrukce.
Automatizace a optimalizace návrhu Moderní AI systémy dokážou automaticky navrhovat trasy spojů, rozmisťovat komponenty tak, aby byl minimalizován šum, ztráty signálu nebo tepelné zatížení. Zohledňují při tom pravidla návrhu, výrobní omezení i fyzikální vlastnosti desky. Algoritmy strojového učení se dokonce „učí“ z předchozích návrhů a postupně zvyšují kvalitu návrhů.
Prediktivní simulace a analýza AI umožňuje provádět simulace chování obvodu ještě před výrobou prototypu. Lze tak předem detekovat kritická místa, analyzovat elektromagnetickou kompatibilitu (EMC), tepelné rozložení nebo odezvu signálu. Vývojáři tak mají větší kontrolu nad výkonem a spolehlivostí výsledného zařízení.
Generativní návrh Generativní AI přináší nový přístup: místo ručního kreslení spojů zadává konstruktér pouze požadované vlastnosti a AI automaticky vytvoří několik návrhů, které splňují specifikace. Často navrhne inovativní uspořádání, na které by člověk nepřišel, čímž dochází k významnému zlepšení výkonu nebo snížení rozměrů.
Integrace s CAD systémy a cloudem AI se stále častěji integruje do běžných návrhových nástrojů (např. Altium Designer, Autodesk, Siemens EDA), a zároveň využívá výpočetní sílu cloudu. Tím se zrychlují výpočty a umožňuje kolaborativní práce návrhářských týmů napříč světem.
5. EDM – Elektroerozivní obrábění
EDM se využívá zejména při výrobě forem a velmi přesných kovových součástí, které se uplatňují v přípravě výrobních linek pro PCB nebo při osazování složitých komponent.
Závěr
Tyto technologie společně redefinují, jak přistupujeme k výrobě elektroniky – zvyšují efektivitu, přesnost a flexibilitu procesů. V oblasti plošných desek to znamená rychlejší prototypování desek plošných spojů, možnost výroby na míru a lepší přizpůsobení trhu s nízkoobjemovými, ale komplexními elektronickými produkty.
Použité zkratky v článku:
3D tisk – Technologie, která vytváří trojrozměrné objekty vrstvením materiálu podle digitálního modelu.
PCB (Printed Circuit Board) – Anglický výraz pro desku plošných spojů, která propojuje a drží elektronické součástky.
DPS (Deska plošných spojů) – Český název pro desku s vodivými cestami, která tvoří základ většiny elektronických zařízení.
AI (Umělá inteligence) – Schopnost strojů napodobovat lidské myšlení, učení a rozhodování. RFID tag – Malé zařízení využívající rádiové vlny k bezkontaktní identifikaci objektů.
EDM (Electrical Discharge Machining) – Obráběcí metoda, která odstraňuje materiál pomocí elektrických výbojů mezi elektrodou a obrobkem.
CAD systém (Computer-Aided Design) – Počítačový program pro návrh a modelování technických výkresů a konstrukcí.
EMC (Elektromagnetická kompatibilita) – Schopnost zařízení správně fungovat v elektromagnetickém prostředí, aniž by rušilo jiné přístroje.
