טכנולוגיית AME משנה את עולם האלקטרוניקה
טכנולוגיית AME משנה את עולם האלקטרוניקה
“אחד על אחד” עם *עמית דרור מננו דיימנשן ואביב רונן מחברת רפאל, על טכנולוגיית AME (Additive Manufacturing of Electronic ) שמשנה את עולם האלקטרוניקה.
טכנולוגיית הריבוד, הידועה יותר בשם Additive Manufacturing או בשם הדפסת תלת ממד, הולכת ומתפשטת בקצב גדול מאוד. יחד עם טכנולוגיה זאת צמח ענף תלת הממד לעולם האלקטרוניקה- ריבוד אלקטרוני, המוכר בשם AME (Additive Manufacturing of Electronic) אשר מקבל גם הוא תאוצה גדולה בשווקים שונים.
כנס ראשון מסוגו בנושא הדפסה תלת ממדית של אלקטרוניקה ייערך ב 20 לאפריל בשיתוף IEEE EPS ישראל ולשכת המהנדסים. לשם כך כינסנו את עמית דרור, יזם וסמנכ”ל בחברת ננו דיימנשן עם אביב רונן, ראש תחום מכניקת מערכות זעירות בשטח טכנולוגיות בחברת רפאל המשמש גם כיו”ר סניף IEEE EPS בישראל וראש ענף זיווד אלקטרוני ומיקרואלקטרוני בלשכת המהנדסים.
לאיזה צרכים יכולה טכנולוגיית ה – AME לתת מענה ?
בבואנו לבחון טכנולוגיה חדשה, השאלה הראשונה שעלינו לשאול את עצמנו היא “למה אני צריך אותה ?”, או במילים אחרות, מה הטכנולוגיה הזאת תתרום לי בחיי שיהיה לי כדאי לאמץ אותה. את השאלה הזאת אנחנו למעשה שואלים כל פעם מחדש וגם כעת, עם כניסתה של טכנולוגיית AME אנו צריכים לשאול את עצמנו את אותה השאלה – “באיזה אופן הטכנולוגיה של AME יכולה לסייע לי?”.
המענה לשאלה הזאת טוב שיעשה על בסיס הצרכים, הן מצד הלקוחות והן מצד אנשי התכן המפתחים את הרכיבים, המכלולים או המערכות. רשימת הצרכים מאופיינת לפי כל פרויקט ופרויקט וניתן לזהות בה צרכים רבים כמו אמינות ובטיחות, ממדים ומשקל, הגדרת חומרים מסוימים לתנאי עבודה שונים או צורך במערכת שתהיה גנרית.
טכנולוגית AME על כל ענפיה מביאה לעולם בשורה חדשה שבה ניתן לממש מוליכים חשמליים במספר שיטות ותהליכים אשר מאפשרים לאנשי התכן לחשוב אחרת על המוצר או המערכת אותה הם מפתחים. לנגד עיניי אני רואה מספר רב של צרכים עליהם טכנולוגית ה –AME יכולה לתת מענה אולם אבחר להתמקד בחלק מהם אשר לדעתי הם העיקריים:
א. יעילות מול תועלת (Cost Effectiveness) – הצורך להוריד עלויות בכדי לאפשר ייצור של המוצר בכמויות הנדרשות במחיר כזה שניתן יהיה לשווק אותו במחיר שהשוק יהיה מוכן לתת.
ב. קיצור זמנים (Time to Market) – בעידן שבו התחרות בין החברות הולכת וגוברת, פקטור חשוב מאוד הוא היכולת של חברה לספק את ה –Delivery שלה בזמן ולהפיץ אותו בשוק. ה – Time to Market של המפתח מצטמצם והוא מהווה פרמטר חשוב מאוד בעולם הטכנולוגי. הבדל של מספר ימים בהחדרת המוצר לשוק יכול להיות ההבדל בין הצלחה לכישלון ועליו יכולה לקום או ליפול חברה שלמה.
ג. אמינות (Reliability) – הצורך באמינות גבוהה מספיק בהתאם למחזור החיים וביצועי המערכת הנדרשים. האמינות איננה רק של מכלול זה או אחר אלא של המערכת כולה לרבות ממשקיה.
ד. גמישות התכן (Design Flexibility) – בעידן שבו המכאניקה והאלקטרוניקה משולבים יותר ויותר זה בזה, יש משמעות גדולה ליכולת הצימוד ביניהם. לדוגמא, במקום לקחת מצע גמיש (FPCB) ולחבר אותו למכאניקה באמצעות ברגים, דבקים או בשיטות אחרות, הגמישות בתכן מתאפיינת בכך שניתן להדפיס ישירות על המכאניקה מבלי שיהיה צורך בממשק תיווך. הצורך של המפתח להגדיל את ארסנל הכלים שלו.
ה. עצמאות (Independency) – אנו ערים לכך שכמות מערכות הריבוד הולך וגדל עם הזמן. אם בעבר היה ניתן לקבל שירות מחברה אשר מחזיקה אצלה מספר מדפסות אזי העולם השתנה לחלוטין ובמחיר לא יקר ניתן לרכוש מדפסות שעושות את העבודה במשרד ובבית מבלי שיש צורך לפנות למיקור חוץ ולעשות בענייני רכש בכל פעם שרוצים לייצר פריט זה או אחר. לעצמאות יש מקום חשוב במאוד בטבלת הצרכים של אנשי הפיתוח.
ניקח לדוגמא את החדירה של AME לעולם של זיווד אלקטרוני ומיקרו-אלקטרוני (Electronic and Microelectronic Packaging). חדירה זאת מדומה בעיניי לשינוי שהבטון והברזל עשו לשוק הבנייה. מיותר לציין את ההבדלים בשיטות הבנייה מאז כניסת חומרים אלו ואם נסתכל שנים קדימה אנו צפויים לראות את השינויים המהותיים שה – AME יחולל לשוק הזיווד במידה לא פחותה מזאת שעשו הבטון והברזל לבנייה. הם היו למעשה מה שנקרא “מאפשרים טכנולוגיים” (Tech-Enablers) אשר אפשרו למתכנני הבניין לצאת מגדרם ולחשוב על בנייה אחרת ממה שהייתה נהוגה קודם לכן. כך גם יקרה בעולם הזיווד האלקטרוני והמיקרו אלקטרוני עם טכנולוגית ה –AME.
לסיכום השאלה על הצרכים, בבואנו לבחון טכנולוגיה חדשה אנו צריכים לשאול את עצמנו קודם כל על איזה צורך הטכנולוגיה באה לתת מענה. אין לי ספק שה – AME מביא איתו רוח חזקה מאוד לצרכים רבים הן של אנשי הפיתוח והן של הלקוחות. וחשוב לזכור כי הטכנולוגיה הזאת עוד רק בתחילת הדרך שלה.
באיזה תחומים ויישומים אתה רואה כניסה של AME ?
הצורך בהדפסה של מתכות בטכנולוגיית AME שונה מהצורך מהדפסה של מתכות ב –AM. למתכת המודפסת ב – AM יש חשיבות מבנית והיא צריכה להיות בעלת תכונות חוזק מכאני מוגדרות. בשונה מכך, מתכת המודפסת ב –AME חשוב אומנם שתהיה חזקה אבל התכונה העיקרית שלה היא המוליכות החשמלית שלה. במרבית היישומים, הייעוד של המתכת המודפסת ב – AME היא להחליף את קווי וחוטי ההולכה הנהוגים היום במוצרים הקיימים כמו בכרטיסי אלקטרוניקה או מערכות אחרות. אנו לא בהכרח נרצה מוליכים מודפסים עם הולכה חשמלית גבוהה, לעיתים אף נרצה להשתמש בהתנגדות הסגולית של המוליך המודפס כחיישן.
לפיכך, AME רלוונטי בכל מקום שבו יש שילוב של מכאניקה ואלקטרוניקה. וכשאני אומר מכאניקה אני לא מדבר בהכרח על כרטיס אלקטרוניקה חשמלי כמו PCB אלא על כל מצע שניתן לממש מוליכים חשמליים פונקציונאליים עליו, בתוכו או מתחתיו.
כיצד טכנולוגיית ה – AME נותנת מענה לאתגרים אלו?
עד פרוץ מהפכת ה –AME היינו מורגלים לראות מוליכים (Conductors) במספר רב של תצורות כמו חוטים, פינים, משטחי נחושת במעגל מודפס (מע”מ) או טרמינציה ברכיבים אלקטרוניים. תצורות המוליכים היו למעשה פועל יוצא של שיטות הייצור הנהוגות בתעשייה.
כעת, לאחר שמהפכת ה -AME החלה וככל הנראה שעוד נראה הרבה הפתעות בהמשך, אנו צפויים לראות מוליכים בצורות שונות אשר באות לידי ביטוי גם בחומרים שלא היינו מורגלים לראות וגם בגיאומטריות שונות. מעבר לחומרים ולצורות, שיטות היישום והדיוק במימוש ההדפסה גם הם יאפשרו לעמוד בצרכים בעתיד. כבר היום ניתן לראות מכלולים ופריטים שעד לפני כמה שנים לא ניתן היה לממש או שניתן היה לממש אבל העלות והמורכבות ייצור שלהם הייתה גדולה מדי.
האם יש דוגמאות\פרויקטים שניתן לשתף ?
נכון להיום אנו עובדים במרץ על החדרה של AME למספר פרויקטים בפיתוח ברפאל. כמות המימושים לטכנולוגיה זאת היא אדירה והיא כוללת כרטיסי אלקטרוניקה, מחברים, אנטנות, מיגון וסיכוך אלקטרומגנטי, חיישני טמפרטורה ומעוות, אריזה לרכיבים מיקרו-אלקטרוניים ועוד.
בעולם ה – RFID ניתן לראות חברות רבות שעוסקות בפיתוח הן של הדיו והן במימוש זעיר וזול על מצעים מחומרי גלם שונים. חברות מסוימות אף מנסות להחליף את תהליכי הייצור של תעשיית המוליכים למחצה (Semi Conductors) עם תהליכי AME שם רזולוציות ההדפסה צריכות להגיע לחלקי מיקרון. שוק מסכי המגע נהנה גם הוא מ – AME המאפשר להחליף כרטיסי אלקטרוניקה היברידיים במצעים מוטמעים בפלסטיקה. אני מאמין שככל שהמפתחים יהיו יותר מודעים לחומרים ולתהליכים שיש כיום בארץ ובעולם, כך אנו צפויים לראות יותר ויותר יישומים אשר משתמשים ב – AME.
זאת גם הסיבה שהחלטנו ליזום כנס ראשון מסוגו בארץ בנושא AME – חשיפה של המידע לקהל המפתחים בארץ בכדי שיוכלו להרחיב את ארגז הכלים שלהם בתכן המערכות שהם מפתחים.
כיצד אתה תופס את מקומה של טכנולוגיית ה – AME בהווה ולאן פניה מועדות ?
מגמות ה – IoT (Internet of Things) וה –IoE (Internet of Everything) מנתבות את העולם בכיוון מאוד ברור בעיניי והוא עולם המרושת בחיישנים ומערכות תקשורת הפזורים בכל מקום על פני הגלובוס. מערכות חישה ותקשורת אלו ישובצו בכל מקום שידו של האדם משגת בעולם החי, הצומח והדומם. חיישנים אלו מתרגמים אירוע פיזיקאלי לסיגנל חשמלי המומר לשרשרת של ביטים במאגרי מידע אדירים שהמוח האנושי מתקשה להכיל. כדי לממש את המסלול אליו העולם מתקדם יש צורך בטכנולוגיה אשר תאפשר לזה לקרות. ה – AME הוא ללא ספק אחד הענפים עליו ימומשו מגמות אלו.
אם ניקח את שוק הרכב לדוגמא אנו עדים למגמה ההולכת וגוברת של כניסה לעולם הרכב האוטונומי. רכב שנוכל להיכנס אליו, לציין את היעד אליו נרצה להגיע והרכב כבר יעשה את העבודה לבדו מבלי הצורך שלנו להתערב. גם אם לא נסתכל עשרות שנים קדימה אלא נסתכל על ההווה, מיותר לציין שכבר היום הרכב מצויד ומרושת במספר רב של רכיבים וחיישנים חשמליים. בכל מערכת של הרכב ניתן למצוא שילוב של מכאניקה ואלקטרוניקה – מערכת הנעה, תאורה, מיזוג, בלמים, היגוי ועוד. חלק גדול מהמערכות מחוברות למחשב מרכזי כמו רשת של עצבים בגוף האדם. במקום להתחיל למשוך חוטים ממקום למקום בתוך הרכב, אנו נראה את חלקי הרכב עם הדפסה של קווי הולכה חשמליים בכדי להוריד עלויות או לקבל מימושים שעד כה לא ניתן היה לקבלם.
כאשר הפלטפורמות נהיות זעירות כמו ברחפנים, פקטור המשקל משחק תפקיד חשוב ביותר וכל גרם נלקח בחשבון בתכן המערכת. אם הודות ל – AME נצליח להוריד משקל אזי נוכל ליהנות מביצועים מוגברים יותר.
ומה לגבי שוק החקלאות ? בואו וניקח את פרי הבננה כדוגמא. מטעי בננות בשטח של מאות דונמים עם אלפי או עשרות אלפי גזעולי בננה. כל גזעול מכיל מספר כפות המכילות כל אחת למעלה מעשר אצבעות בננות. וכעת בואו נדמיין שעל כל בננה שנוצרת בתחילת דרכה מדפיסים חיישן המאפשר לדעת מה גודלה או מה צבעה או מצב הסוכרים שיש בה בכל רגע נתון. חיישן זה משדר למרכז שליטה מרוחק המאפשר לבעל המטע לקבל אינדיקציה על מצב כל אצבע בננה במהלך מחזור החיים שלו ובכך לדעת מה זמן הקטיף הכי טוב בשבילו כדי להפיץ אוו לשוק.
עוד דוגמא משוק החקלאות והתעשייה הוא הצנרת להובלת מים או חומרים אחרים והאתגר שיש כדי להתמודד עם נזילות. תאר לעצמך צינור השקיה באורך כולל של קילומטרים ובו חורים הנגרמים ע”י חיות. שילוב של AME בתעשיית צנרת ההשקיה יכול להתריע בקלות לבעל המטע אם יש לו דליפה באחד הצינורות ובמקום לבצע בו תיקון וכך לא לבזבז מים וגם להבטיח שהמים מגיעים לשתילים ולא סתם נשפכים לאדמה. תהליך הייצור של צינור ההשקיה יכלול כבר הדפסה של מוליכים וחיישנים.
כבר היום עוסקות חברות רבות בשוק במימוש של חיישנים על גבי האדם. נכון להיום המימוש של החיישנים הוא גבי מדבקות או מצעים גמישים אשר מוצמדים לגוף עם דבק או כמו קעקוע. ומה אם נדפיס ישירות על העור ? ומה עם נדפיס על איברים פנימיים בניתוח פשוט כדי לאמוד שחיקה של סחוס או התפתחות במצבו של גידול ? מעקב אחרי חולה גלוקומה עם לחץ תוך עיני באמצעות חיישן מודפס על גבי העין עצמה. רק תחשוב על הדברים שאפשר לעשות עם הדפסה תלת ממדית של אלקטרוניקה. ומי אמר שההדפסה היא רק של מוליכים ? מה לגבי הדפסה של רכיבים שלמים או מערכות שלמות.
טכנולוגיית ה – AME רק התחילה את תהליך ההטמעה בתעשייה ולשינוי תפיסה מחשבתית לוקח זמן. מהנדסים ומתכננים במקרים רבים מקובעים על בסיס הדברים שמכירים ובקיאים בהם מהעבר. כתכונה אנושית, אנו נימצא יותר במקומות בהם יש לנו ניסיון, מה שנקרא ה”מקום הבטוח” (The Comfort Zone) ונעדיף בדרך כלל להיות שם מאשר ללכת לעולמות חדשים שאנו לא מכירים.
כפי שאנו ערים בהווה לפריחה הולכת וגוברת של חשיפה לעולם ה – AM, שכבר נהיה קונבנציונאלי ושמיש בפרויקטים רבים בארץ ובעולם, כך אנו ערים לפריחה של ה- AME. טכנולוגיית הריבוד, AM, היווה למעשה את הזרע של מה שאנחנו רואים היום עם ה – AME. הוא היווה את הבסיס לשנות פרדיגמה ולחשוב אחרת על חומר גלם. לא כזה שהוא מוצק ועליו מרכיבים רכיבים אלא כזה שהוא נוזלי וניתן לעצב איתו צורות שרק הדמיון יכול לפתח.
זאת תחילת העידן החדש של אלקטרוניקה – עידן משנה תודעה ודרך חשיבה.
עמית דרור, יזם וסמנכ”ל בחברת ננו דיימנשן עם אביב רונן, ראש תחום מכניקת מערכות זעירות בשטח טכנולוגיות בחברת רפאל המשמש גם כיו”ר סניף IEEE EPS בישראל וראש ענף זיווד אלקטרוני ומיקרואלקטרוני בלשכת המהנדסים.