基于 PC 的控制技術(shù)和 EtherCAT 是實現(xiàn)柔性電路板機械化生產(chǎn)的先決條件

傳統(tǒng)上，無論是柔性印刷電路板，還是剛性印刷電路，大部分都是通過蝕刻工藝制造。而瑞典的 DP Patterning 公司則開發(fā)出了一種獨特的方法：通過使用一種專利技術(shù)工藝，通過機械方式加工柔性電路板的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。若要精確、經(jīng)濟地實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要采取具有同等精度和速度的措施。基于 PC 的控制技術(shù)和 EtherCAT 為實現(xiàn)這一目標(biāo)提供了最佳支持。

DP Patterning 公司由 Staffan Nordlinder 于 2006 年在瑞典北雪平市成立。自那時起，公司一直在不斷研發(fā)同名柔性電路板制造技術(shù)，即 Dry Phase Patterning，DPP。創(chuàng)新早在 2001 年就開始，當(dāng)時，Staffan Nordlinder 是一名在瑞典 RISE（瑞典國家研究院）工作的科學(xué)家。因此，直到今天，雙方在 DPP 技術(shù)研究方面保持著持續(xù)深入的合作。

通過 DPP 技術(shù)，可以使用柔性材料制作導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。其功能原理基本上與在一張紙上打洞或經(jīng)典的壓花工藝一樣簡單。一個帶最終成品結(jié)構(gòu)的相反圖案的旋轉(zhuǎn)模具將載體壓在一個旋轉(zhuǎn)碾動輪上。載體上涂了一層超薄的頂部導(dǎo)電層，碾動設(shè)備使用機械方式去除上層載體，下層載體保持不被碰到。這樣可以將導(dǎo)電圖案留在層壓板上，然后柔性電路板可以用卷筒方式提供。

該工藝適用于各種不同的載體材料，包括 PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）、PC（聚碳酸酯）、PI（聚酰亞胺）和 PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）。Al（鋁）、Cu（銅）或 CCA（銅包鋁）適合作為頂層材料，具體取決于所需厚度。DPP 也可用于非電子和非導(dǎo)電類應(yīng)用，包括塑料或紙質(zhì)裝飾品或者三維功能性結(jié)構(gòu)體，如微流體通道或用于平整電子元件的腔體。

該專利技術(shù)工藝可為電子元件制造商帶來直接的好處，例如提高成本效率、縮短交貨期，以及無需使用化學(xué)品或有害物質(zhì)，實現(xiàn)環(huán)保、可持續(xù)生產(chǎn)。此外，金屬芯片可以回收再利用，安全功能也可以整合到企業(yè)的生產(chǎn)過程中，這也意味著制造商可以保留所有有關(guān)的知識產(chǎn)權(quán)。DP Patterning 公司設(shè)備的一大特點是能夠在一條生產(chǎn)線上同時生產(chǎn)原型和大量產(chǎn)品。而如果采取傳統(tǒng)方式，交付周期會很漫長，還需要進行數(shù)天的測試，因此難以實現(xiàn)上述目標(biāo)。

集成式自動化技術(shù)助力實現(xiàn)高速度和高精度

由于基材非常薄，需要移除的材料厚度僅在幾微米范圍內(nèi)，DPP 工藝需要配備高性能的自動化技術(shù)，并將盡可能多的組件集成到一個連續(xù)系統(tǒng)中。這也是 DP Patterning 公司自成立以來一直選擇與倍福合作的原因所在。他們一開始僅在子系統(tǒng)中使用工業(yè) PC 與外部系統(tǒng)通信，自 2016 年起，他們采用全套倍福產(chǎn)品：AX5000 伺服驅(qū)動器、HMI、I/O，現(xiàn)在還使用 TwinCAT Vision 軟件將圖像處理功能無縫集成到基于 PC 的控制系統(tǒng)中。由于功能完全集成到用戶界面中，操作人員現(xiàn)在可以直接通過 TwinCAT HMI 控制材料的移除。這樣不僅能夠讓操作更加簡便，而且還讓碾動參數(shù)的配置更加簡單。

金屬箔層厚度比人的頭發(fā)還要薄 10 倍，在加工過程中需要極高的精度，調(diào)整范圍在 100 納米內(nèi)。“倍福產(chǎn)品的最大好處之一是讓我們能夠?qū)崿F(xiàn)快的驚人的工藝循環(huán)速度。”DP Patterning 公司的軟件工程師 Jakob Sagatowski 說道。“在對我們的設(shè)備與其他制造商提供的設(shè)備進行對比時，其結(jié)果令人印象深刻。我們的設(shè)備在全速運行時，可以在 1 毫秒內(nèi)碾動出大約 0.5 毫米的圖案，相當(dāng)于 0.5 米/秒的輸送帶速度，明顯快于目前實際應(yīng)用中常見的速度。”

另一個重要要求是采集和存檔生產(chǎn)數(shù)據(jù)。“我們的技術(shù)在不斷發(fā)展，因此需要跟蹤數(shù)據(jù) — 越多越好。”Staffan Nordlinder 說道。在這種情況下，數(shù)據(jù)庫連接和大容量存儲是優(yōu)化生產(chǎn)線配置的一個重要的關(guān)鍵點。基于 PC 的控制技術(shù)對實現(xiàn)這一點做出了很大貢獻(xiàn)。首先，DP Patternning 可以在工業(yè) PC 上無縫使用所有程序，這同時也簡化了系統(tǒng)配置工作。另一方面，也可以為客戶提供低成本的標(biāo)準(zhǔn)硬件解決方案。

通過集成人工智能提供潛能

現(xiàn)在，人工智能（AI）或機器學(xué)習(xí)（ML）在所有需要分析大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用中始終是大家關(guān)注的要點。尤其是 DP Patterning 作為一家創(chuàng)新型企業(yè)，目前一直在尋找下一個技術(shù)突破。Jakob Sagatowski 解釋道：“這可能涉及到集成人工智能，例如，使用 TwinCAT 機器學(xué)習(xí)進一步完善預(yù)測性維護，提升生產(chǎn)效率。”同時還要考慮擴大圖像處理的應(yīng)用范圍：DP Patterning 現(xiàn)在想要使用 TwinCAT Vision 和專用功能檢測和標(biāo)記中斷的導(dǎo)體路徑，以便在后續(xù)工作中自動省略掉這些步驟。