روند‌های نوظهور در تجهیزات تولید الکترونیک برای سال ۲۰۲۵

پیشرفت‌های کارخانه‌های هوشمند و صنعت ۴.۰ در ماشین‌آلات تولید الکترونیک

فناوری اینترنت اشیا و دوقلوی دیجیتال در تولید نیمهرسانا و الکترونیک

ادغام دستگاه‌های اینترنت اشیا با فناوری دیجیتال ترین در حال تغییر نحوه کار ماشین‌آلات تولید الکترونیک امروزه است. نظارت بلادرنگ زمانی اتفاق می‌افتد که سنسورهای متصل به طور مداوم داده‌ها را ارسال می‌کنند و این داده‌ها وارد سیستم‌های نگهداری پیش‌بینانه می‌شوند. برخی مطالعات انجام‌شده توسط مرکز تحقیقات تولید هوشمند در سال ۲۰۲۴ نشان می‌دهند که این روش می‌تواند توقف‌های غیرمنتظره ماشین‌آلات را حدود ۳۰٪ کاهش دهد. علاوه بر این، دیجیتال ترین‌ها که در واقع کپی‌های کامپیوتری از تجهیزات واقعی هستند، به مهندسان اجازه می‌دهند تا روش‌های جدید تولید را بدون ریسک آزمایش کنند. این رویکرد به کارخانه‌ها کمک می‌کند تا عملیات خود را روان‌تر انجام دهند و ضایعات مواد را بسیار قبل از اعمال تغییرات در خط تولید کاهش دهند.

ادغام صنعت ۴٫۰ با ماشین‌آلات قدیمی تولید الکترونیک

حدود دو سوم از تولیدکنندگانی که به سمت راه‌اندازی کارخانه‌های هوشمند حرکت می‌کنند، به‌روزرسانی سیستم‌های قدیمی را حوزه اصلی تمرکز خود می‌دانند. هنگامی که این ماشین‌آلات فرسوده که برای تولید قطعات الکترونیکی استفاده می‌شوند با اجزای محاسبات لبه و دروازه‌های اینترنت اشیا (IoT) مجهز می‌شوند، این کارخانه‌ها اکنون می‌توانند به‌طور مؤثرتری با ابزارهای تحلیل هوش مصنوعی ارتباط برقرار کنند. این رویکرد امکان حفظ سرمایه‌گذاری‌های قبلی شرکت‌ها را فراهم می‌کند، اما به آن‌ها دسترسی به داده‌های زنده درباره نحوه عملکرد تمام سیستم‌ها را می‌دهد. به این صورت فکر کنید: کارخانه‌ها می‌توانند همچنان از ماشین‌های ۳۰ ساله خود استفاده کنند و در کنار آن از آخرین استانداردهای فناوری نوین بهره ببرند، بدون اینکه مجبور باشند تمام تجهیزات قدیمی خود را دور بیندازند.

پایش بلادرنگ با استفاده از تجهیزات تولید الکترونیکی مجهز به اینترنت اشیا

سیستم‌های متصل شده از طریق فناوری اینترنت اشیا می‌توانند چیزهایی مانند مصرف انرژی، کاهش کیفیت قطعات و کیفیت محصول را در سطح میلی‌ثانیه در خطوط تولید کارخانه‌ها ردیابی کنند. با این قابلیت‌ها، مدیریت پویای انرژی امکان‌پذیر می‌شود که طبق یک مطالعه اخیر در سال 2024، این روش حدود یک چهارم از انرژی هدررفته را در کارخانه‌های تولید تراشه کاهش داده است. وقتی سازندگان چنین دید دقیقی نسبت به نحوه عملکرد فرآیندهای خود داشته باشند، تمایل دارند به مرور زمان بهبودهای بیشتری ایجاد کنند. علاوه بر این، این نوع نظارت به نزدیک‌تر شدن تولید به ایده‌های اقتصاد چرخشی که امروزه بسیاری از شرکت‌ها به آن اشاره می‌کنند، کمک می‌کند. نکته جالب اینجاست که تمام این کارها بدون اینکه لزوماً باید از مسئولیت‌پذیری زیست‌محیطی یا استانداردهای کیفیت محصول در هنگام گسترش عملیات قربانی شد، انجام می‌شود.

بسته‌بندی پیشرفته IC و کوچک‌سازی که نوآوری تجهیزات را پیش می‌راند

فناوری‌های کوچک‌سازی نسل بعدی و بسته‌بندی پیشرفته

نیاز رو به رشد به دستگاه‌های الکترونیکی کوچک اما قدرتمند، سازندگان را مجبور کرده تا تجهیزات تولید خود را به‌روزرسانی کنند تا بتوانند با قطعاتی با دقت زیر ۲۰ میکرومتر کار کنند. طبق داده‌های TechFocus از سال گذشته، حدود دو سوم شرکت‌ها از این نوع قابلیت درخواست دارند. وقتی به روش‌های پیشرفته بسته‌بندی مانند بسته‌بندی سطح ویفری فن‌آوت یا راه‌حل‌های سیستم در بسته می‌رسیم، الزامات حتی سخت‌تر می‌شوند. تجهیزات باید قطعات را با دقت کمتر از پنج میکرومتر قرار دهند، در حالی که همزمان با مواد مختلف متعددی کار می‌کنند. به نظر می‌رسد که تحلیلگران بازار پیش‌بینی می‌کنند فناوری کوچک‌سازی تا سال ۲۰۳۰ به‌طور سالانه حدود ۱۴ درصد رشد خواهد کرد. این پیش‌بینی با توجه به سرعت گسترش شبکه‌های ۵G و پیچیدگی فزاینده دستگاه‌های پزشکی که نیازمند قطعات ریز در فضاهای فشرده هستند، منطقی به نظر می‌رسد.

چالش‌های کلیدی شامل:

• مدیریت حرارتی در پیکربندی‌های انباشت ۳D-IC
• کنترل تاب‌خوردگی در حین اتصال مواد ناهمگن
• بازرسی لحظه‌ای اتصالات میکرونی

تأثیر بسته‌بندی پیشرفته بر طراحی ماشین‌آلات تولید الکترونیک

سازندگان با پاسخگویی به نیازهای صنعت، دستگاه‌های باندینگ را با سیستم‌های سروو تجهیز می‌کنند که حدود ۴۰ درصد سریع‌تر از قبل کار می‌کنند. در همین حال، دستگاه‌های پیک و پلیس شروع به استفاده از همترازی مبتنی بر بینایی ماشین کرده‌اند که می‌تواند دقتی در حدود مثبت و منفی ۲ میکرومتر داشته باشد. برای کسانی که با قطعات بسیار کوچک کار می‌کنند، مانند قطعات غیرفعال اندازه 01005 که از ۰٫۴ میلی‌متر در ۰٫۲ میلی‌متر بزرگ‌تر نیستند، سیستم‌های کنترلی مبتنی بر هوش مصنوعی بازده تولید را به طور مداوم بالاتر از ۹۹٫۴ درصد حفظ می‌کنند. البته تمام این فناوری‌ها هزینه‌هایی به همراه دارند. این بهبودات معمولاً هزینه دستگاه‌ها را بین ۱۸ تا ۲۵ درصد افزایش می‌دهد. اما آنچه سازندگان به دست می‌آورند در نهایت ارزشش را دارد، زیرا نرخ خطاها در مقایسه با تجهیزات قدیمی، طبق گزارش مهندسی نیمه‌هادی سال گذشته، حدود ۶۳ درصد کاهش می‌یابد. این سرمایه‌گذاری در طول زمان به لطف کیفیت بهتر محصول و سرعت تولید بالاتر در تمام مراحل، عایدی خود را دارد.

تولید افزایشی و چاپ سه‌بعدی در تولید الکترونیک

چاپ سه‌بعدی برای نمونه‌سازی سریع در تولید الکترونیک

زمان مورد نیاز برای ایجاد نمونه‌های اولیه به شدت با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی کاهش یافته است. امروزه مهندسان می‌توانند قطعات الکترونیکی کاربردی را در عرض تنها ۱ تا ۳ روز تولید کنند، در حالی که روش‌های سنتی ماشین‌کاری چندین هفته طول می‌کشید. روش‌هایی مانند جت مواد و اکستروژن به تولیدکنندگان اجازه می‌دهند تا از برد مدار چاپی تا پوسته حسگرها را با دقت قابل توجهی بسازند. گزارش اخیری در سال ۲۰۲۵ نشان داد که ساخت افزودنی با وضوح بالا امکان چاپ مستقیم مسیرهای هادی و لایه‌های عایق را مستقیماً روی قطعات فراهم می‌کند که این امر منجر به کاهش حدود ۴۰ درصدی ضایعات مواد در مقایسه با روش‌های قدیمی‌تر می‌شود که در آن مواد با برش از هم جدا می‌شدند. تمام این سرعت به محققانی که در حال توسعه دستگاه‌های هوشمند برای اینترنت اشیا و فناوری قابل پوشیدن هستند، امکان می‌دهد ایده‌های جدید را بسیار سریع‌تر از قبل آزمایش کنند و مزیت واقعی در عرضه محصول به بازار به دست آورند.

الکترونیک چاپی و تکامل طراحی برد مدار چاپی

ترکیب جوهرهای نانوذرات رسانا با چاپ هیبریدی سه‌بعدی، قواعد طراحی برد مدار چاپی را تغییر داده است. این فناوری‌ها به مهندسان اجازه می‌دهند که مستقیماً اجزا را درون برد تعبیه کنند و ساختارهای پیچیده چندلایه‌ای بسازند که با روش‌های سنتی حکاکی امکان‌پذیر نبودند. برخی از فرآیندهای واژگونی فتوپلیمری مخزنی می‌توانند بردی به ضخامت 0.2 میلی‌متر بسازند و در عین حال اجزای غیرفعال را مستقیماً در ساختار بگنجانند. این امر زمان مونتاژ دستگاه‌هایی که فضای محدودی دارند را کاهش می‌دهد، که این موضوع به‌ویژه در تجهیزات پزشکی و فناوری هوافضا که هر میلی‌متر اهمیت دارد، بسیار مهم است. مطالعه اخیری که در مجله بازبینی ساخت الکترونیک منتشر شده است، اشاره می‌کند که تمام این پیشرفت‌ها نه تنها عملکرد مدارها را افزایش می‌دهند، بلکه نیاز به مونتاژ دستی توسط افراد را نیز کاهش می‌دهند که این امر منجر به صرفه‌جویی در زمان و هزینه تولید می‌شود.

نوآوری‌ها در چاپ سه‌بعدی برای مدارهای انعطاف‌پذیر و تعبیه‌شده

چاپگرهای DIW شروع به قرار دادن این ترکیبات پلیمری نقره‌ای کشسان بر روی انواع سطوح منحنی و انعطاف‌پذیر کرده‌اند، که این امر باعث می‌شود تا در مواردی مانند صفحه‌های تاشو و قطعات ربات‌های نرم که اخیراً زیاد از آنها صحبت می‌شود، بسیار مفید باشند. پیشرفت‌های جالبی اخیراً در این زمینه رخ داده است که طی آن ماشین‌ها می‌توانند همزمان لایه‌های محافظ و مسیرهای الکتریکی را چاپ کنند. این فناوری عملاً باعث می‌شود حسگرهای خودرو در آزمایش‌ها، زمانی که تکان داده می‌شوند، عمر بسیار طولانی‌تری داشته باشند — حدود سه و نیم برابر بهتر از قبل. زمینه تولید افزودنی به سرعت در حال تغییر است، بنابراین تولیدکنندگان برای رقابت‌پذیر ماندن در تولید قطعات الکترونیکی باید تجهیزاتی داشته باشند که بتوانند اشکال عجیب و طرح‌های دائماً در حال تغییر را پشتیبانی کنند.

پایداری و اقتصاد چرخشی در ماشین‌آلات تولید الکترونیک

نوآوری‌های سطح تجهیزات برای تولید پایدار الکترونیک

ماشین‌آلات جدیدی که امروزه در تولید الکترونیک استفاده می‌شود، به‌مراتب در صرفه‌جویی انرژی بهتر عمل می‌کنند و مصرف برق را حدود ۶۰ درصد نسبت به تجهیزات قدیمی‌تر کاهش داده‌اند که این موضوع بر اساس داده‌های لینکداین در سال ۲۰۲۳ گزارش شده است. همچنین، سازندگان به سمت استفاده از مواد زیست‌تخریب‌پذیر برای برد مدار خود رفته و دستگاه‌هایی طراحی می‌کنند که بتوان آنها را به‌راحتی ارتقا داد، نه اینکه کاملاً تعویض شوند. دوقلوهای دیجیتال نیز به‌ویژه مؤثر بوده‌اند. مطالعه‌ای که در سال ۲۰۲۴ منتشر شده نشان داده که کارخانه‌های نیمه‌هادی که از این نسخه‌های مجازی استفاده می‌کنند، تنها با اعمال تصحیحات فوری در حین فرآیند تولید، توانسته‌اند ضایعات مواد را تقریباً به نصف کاهش دهند. جالب اینجاست که تقریباً هشت در ده شرکت در بخش الکترونیک ترجیح می‌دهند تا جایی که ممکن است از قطعات موجود دوباره استفاده کنند، نه اینکه قطعات کاملاً جدید بخرند. همه این بهبودها نشان‌دهنده چیزی بزرگ‌تر است که اکنون در این صنعت در حال وقوع است: حرکت تدریجی از روش‌های سنتی تولید به سمت آنچه بسیاری آن را تولید دوره‌ای (سیکلی) می‌نامند، جایی که منابع قبل از دور ریخته شدن، چندین بار دوباره استفاده می‌شوند.

پیشرفت‌های قابلیت بازیافت در طراحی و سیستم‌های تولید برد مدار چاپی

جدیدترین سیستم‌های تولید برد مدار چاپی (PCB) اکنون دارای ویژگی‌های داخلی جهت جداسازی هستند که در فرآیند پایان عمر، حدود ۸۴٪ مواد را بازیابی می‌کنند. این مقدار بسیار بهتر از روش‌های قدیمی است که فقط حدود ۳۲٪ بازیابی داشتند، مطابق تحقیقات اخیر منتشر شده در مجله Journal of Cleaner Production (2024). امروزه تولیدکنندگان به استفاده از ورقه‌های بدون هالوژن روی آورده‌اند و از تکنیک‌های لحیم‌کاری استفاده می‌کنند که نیازی به حلال‌ها ندارند، بنابراین می‌توانند ضایعات خطرناک را کاهش دهند و در عین حال سرعت تولید را حفظ کنند. فرآیندهای بازیافت حلقه‌بسته‌ای که اخیراً در بسیاری از کارخانه‌ها اجرا شده‌اند، هزینه‌های بازیابی مس را تقریباً ۲۲٪ کاهش داده‌اند. این امر باعث می‌شود حرکت به سمت سبز شدن از نظر مالی برای کسب‌وکارها جذاب باشد. برای شرکت‌هایی که به‌ویژه در اروپا فعالیت می‌کنند، رعایت مقررات سخت‌گیرانه اتحادیه اروپا در زمینه WEEE با این رویکردهای جدید بسیار آسان‌تر می‌شود. علاوه بر این، مصرف‌کنندگان به طور فزاینده‌ای در هنگام خرید دستگاه‌های الکترونیکی به دنبال گزینه‌های سازگار با محیط زیست هستند که پایداری را نه تنها یک روش خوب، بلکه یک انتخاب تجاری هوشمندانه نیز می‌کند.

بخش سوالات متداول

صنعت ۴.۰ چیست و چگونه به تولید الکترونیک مربوط می‌شود؟

اصطلاح صنعت ۴.۰ به روند کنونی اتوماسیون و تبادل داده در فناوری‌های تولید اشاره دارد. در تولید الکترونیک، این موضوع شامل استفاده از سیستم‌های هوشمند، اینترنت اشیا (IoT) و دوقلوهای دیجیتال برای افزایش کارایی و کیفیت تولید می‌شود.

فناوری اینترنت اشیا (IoT) چگونه نظارت بلادرنگ در تولید الکترونیک را بهبود می‌بخشد؟

فناوری اینترنت اشیا (IoT) با یکپارچه‌سازی حسگرها و سیستم‌های متصل، داده‌های بلادرنگی درباره عملکرد ماشین‌آلات، مصرف انرژی و کیفیت محصول فراهم می‌کند که به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد به سرعت بهبودهای لازم را اعمال کنند و از بروز ناکارآمدی‌ها جلوگیری نمایند.

نقش فناوری دوقلوی دیجیتال در تولید الکترونیک چیست؟

فناوری دوقلوی دیجیتال شامل ایجاد یک کپی مجازی از تجهیزات فیزیکی است که به مهندسان امکان می‌دهد سناریوهای مختلف تولید را بدون تأثیرگذاری بر فرآیند واقعی شبیه‌سازی کنند و در نتیجه به کارایی بهتر و کاهش ضایعات منجر می‌شود.

چاپ سه‌بعدی چگونه در حال دگرگون‌کردن تولید الکترونیک است؟

چاپ سه‌بعدی امکان نمونه‌سازی سریع و ایجاد ساختارهای پیچیده با دقت را فراهم می‌کند. این فناوری ضایعات مواد را به حداقل می‌رساند و امکان چاپ مستقیم مواد هادی و عایق را فراهم می‌کند که به تسریع نوآوری و عرضه محصولات جدید در بازار کمک می‌کند.

چه شیوه‌های پایداری در ماشین‌آلات تولید الکترونیک در حال اجرا هستند؟

تولیدکنندگان در حال ادغام ماشین‌آلات کم‌مصرف، مواد زیست‌تخریب‌پذیر و سیستم‌هایی هستند که امکان ارتقاء آسان را فراهم می‌کنند. آنها بر شیوه‌های اقتصاد چرخشی تمرکز دارند، از جمله استفاده مجدد از قطعات و پیاده‌سازی فرآیندهای بازیافت حلقه‌بسته.