لقد تطورت الإلكترونيات المطبوعة بالفعل في السنوات الأخيرة لتصبح مجالًا هامًا للابتكار. ومن المتوقع أن يزداد الطلب عليها في أوروبا في المستقبل. ما الذي يجب على دور الطباعة التي ترغب في دخول هذا المجال أن تضعه في اعتبارها؟
الإلكترونيات المطبوعة، يبدو هذا وكأنه تكنولوجيا متطورة. ويبدو وكأنه المستقبل، فمستشارو «فورتشن بيزنس إنسايتس» يتوقعون أن يرتفع حجم المبيعات العالمية في هذا المجال إلى 69.5 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2032، بمعدل نمو سنوي يتجاوز 22 في المائة.
مجالات استخدام الإلكترونيات المطبوعة
تُستخدم تقنيات مثل الطباعة بالمنخل والطباعة الفلكسوغرافية، وكذلك الطباعة الصناعية بنفث الحبر، بشكل أساسي في تصنيع
- أجهزة الاستشعار (درجة الحرارة، الضغط، البصرية)
- شاشات للأجهزة المحمولة الصغيرة
- الخلايا الشمسية
- بطاقات RFID
- مصادر الطاقة
- عناصر التسخين
تُستخدم. وغالبًا ما تكون هذه الدوائر بسيطة نسبيًا، ويتم تنفيذها عن طريق وضع معاجين موصلة على رقائق مرنة أو مباشرة على أسطح صلبة. وتشمل مجالات الاستخدام النموذجية المنتجات المخصصة لقطاعات السيارات والدفاع، والرعاية الصحية، والأجهزة القابلة للارتداء، وتوليد الطاقة، وتكنولوجيا تكييف الهواء، بالإضافة إلى التحكم في العمليات، والمراقبة،وإنترنت الأشياء(IoT). أي جميع مجالات الأعمال التي يُتوقع أن تشهد نموًا كبيرًا في المستقبل.
منشأة طباعة بالشاشة الحريرية للإلكترونيات المطبوعة من شركة INO. الصورة: سونيا أنجيرر
الطباعة بالشاشة الحريرية في الصناعة
استخدام تقنيات الطباعة في العمليات الصناعية ليس بالأمر الجديد. فمنذ خمسينيات القرن الماضي، تُستخدم الطباعة بالشاشة في أوروبا بشكل أساسي لطلاء الزجاج وتزيينه، وطباعة المقاييس لأدوات القياس، ووضع العلامات على المكونات. وأحيانًا يتم تنفيذ هذه التطبيقات على خطوط الطباعة بالشاشة نفسها المستخدمة في صناعة الطباعة الجرافيكية.
في بعض الأحيان، توجد حتى شركات متخصصة في الطباعة بالشاشة تعمل في مجالي الطباعة الجرافيكية والطباعة الصناعية على حد سواء. ففي النهاية، لا يوجد فرق في عملية تصنيع الشاشة، كما أن عملية الطباعة نفسها لا تتأثر بشكل كبير بما إذا كان يتم تطبيق الألوان أو الطلاءات الوظيفية أو المعاجين الموصلة.
إلا أنه في السنوات الأخيرة، ظهرت في السوق بشكل متزايد أنظمة طباعة بالشاشة صغيرة ومرنة، تم تحسينها خصيصًا لإنتاج الإلكترونيات المطبوعة، مثل تلك التي تنتجها الشركة السلوفينية INO. وغالبًا ما تكون هذه المنشآت مدمجة إلى حد كبير، ويمكن دمجها مع وحدات الأتمتة والمعالجة اللاحقة، مثل وحدات التكديس والتفريغ أو وحدات التجفيف.
في مجال الإلكترونيات المطبوعة، تُستخدم الطباعة بالشاشة الحريرية بشكل أساسي لإنتاج كميات كبيرة من المكونات منخفضة التكلفة، كما تُستخدم في الحالات التي تتطلب دوائر كهربائية شديدة المتانة ذات سماكة طبقة كبيرة.
في مجال إنتاج الكميات الصغيرة أو النماذج الأولية للإلكترونيات المطبوعة، تزداد شعبية الطابعات الخاصة التي تعمل بتقنية نفث الحبر. فهي تتميز بمرونة وسرعة فائقتين، حيث يمكن الاستغناء عن عملية الطباعة بالشاشة الحريرية. ومن بين الشركات الرائدة في هذا المجال، على سبيل المثال، شركة «كيلين تكنولوجي» الفرنسية وشركة «بروفكتور» النمساوية.
دوائر مطبوعة على رقائق. الصورة: سونيا أنجيرر
التخصص في مجال الإلكترونيات المطبوعة
على الرغم من أنه من الممكن تمامًا ممارسة الطباعة بالشاشة الحريرية الرسومية والصناعية في آن واحد، إلا أن معظم مزودي الإلكترونيات المطبوعة بطريقة الطباعة بالشاشة الحريرية يتخصصون اليوم في هذه الطريقة وحدها.
وهناك عدة أسباب لذلك:
- النظافة: تتطلب صناعة الإلكترونيات المطبوعة، حسب الاستخدام، بيئة خالية من الغبار إلى حد كبير، بل وأحيانًا غرفًا نظيفة.
- الأمن: تُستخدم الإلكترونيات المطبوعة في كثير من الأحيان في مجالات حساسة مثل القطاع المالي أو الصناعات الدفاعية.
- الشهادات: لا يكتفي العديد من العملاء بمطالبة موردي الإلكترونيات المطبوعة بالحصول على شهادات ISO الشائعة فحسب، بل يطالبونهم أيضًا بالالتزام بمعايير أخرى خاصة بالمصنعين.
- البحث والتطوير: غالبًا ما يتعين إعادة تصميم عملية معقدة من أجل الإلكترونيات المطبوعة.
- المعالجة اللاحقة: لكي تتحول المطبوعات إلى مكونات إلكترونية، يلزم وجود نقاط تلامس وموصلات. ولذلك، يتعين شراء آلات تجميع آلية إضافية، مثل تلك التي تنتجها شركة «فورنباخ».
- ضمان الجودة: على عكس الطباعة الحريرية الجرافيكية، لا يجب فحص الدوائر الكهربائية المطبوعة بشكل سطحي من الناحية البصرية فحسب، بل يجب أيضًا فحص وظيفتها التقنية. وقد يكون من الضروري في هذا الصدد إجراء اختبار تلقائي لكل مكون على حدة لضمان الجودة.
يمكن للموظفين ذوي الخبرة في مطابع الطباعة الحريرية الجرافيكية في الغالب إنشاء قوالب طباعة للإلكترونيات المطبوعة بعد فترة تدريب قصيرة. كما يمكن إتقان عملية الطباعة نفسها بشكل جيد، لا سيما في حالة الدوائر البسيطة. ومع ذلك، هناك حاجة إلى كوادر متخصصة أخرى، على سبيل المثال ممن لديهم معرفة في مجال الإلكترونيات أو علم المواد. ولا يتوفر هؤلاء عادةً في مطابع الطباعة الجرافيكية. ولهذا السبب، توجد جهات استشارية متخصصة مثل مركز MSWtech Test Center Europe في نورنبرغ، الذي يوفر أيضًا بيئة اختبار للإلكترونيات المطبوعة المرنة.
آلة تركيب أوتوماتيكية للموصلات القابلة للتوصيل في الدوائر الإلكترونية المطبوعة. الصورة: سونيا أنجيرر
آفاق المستقبل للطباعة بالشاشة في تصنيع الإلكترونيات المطبوعة
لا شك أن الإلكترونيات المطبوعة هي أحد المجالات التي ستظل الطباعة بالشاشة تلعب فيها دوراً كبيراً في المستقبل. كما أن التقدم في علم المواد وتكنولوجيا الطباعة سيزيدان من كفاءة الإلكترونيات المطبوعة ونطاق تطبيقاتها.
وهذا ما يجعل هذا المجال مثيرًا للاهتمام أيضًا بالنسبة للشركات التي تعمل حاليًا بشكل أساسي في مجال الطباعة الحريرية الجرافيكية. ذلك أنه من الممكن في بعض الأحيان تصنيع دوائر كهربائية أبسط حتى باستخدام الآلات الموجودة بالفعل. وخاصةً إذا كانت هناك علاقات صناعية قائمة بالفعل، مثلاً من خلال الطلبات الحالية في مجال الطباعة على نطاق واسع، فإن توسيع نطاق الأعمال ليشمل الإلكترونيات المطبوعة قد يكون مجديًا حتى بالنسبة لمصانع الطباعة بالشاشة المتوسطة الحجم. ولكن الشرط الأساسي هو الاستعداد للاستثمار في الكوادر المتخصصة والآلات، والتعمق في مجال جديد تمامًا.