为什么说先进电子制造技术是物联网推动者?
与CPS联网的信息网络物理对象( CPO)始终将不同的机电一体化功能融合成一体,它由电气或电子、机械和信息技术组成。它们部分应用其他物理组件,比如光学效应件、热学效应件或磁学效应件。实质上,CPO主要由微型电子电路组成,它们或是构造为裸露的或封装的集成电路(IC),或是与其他智能的电子元件共同构造在电路板上、陶瓷基板上、薄膜电路上或注塑电路板上。传统或微机电设计中(MEMS)传感器或集成传感器系统将物理、化学或复杂的生物信息转换成电信号、数字化、存储、处理并传递。CPO的基本通信功能也将通过电子高频组件实现,它们能够在网络中有线或无线地交换信息。电力电子致动器能够基于弱逻辑数据串转化电能,比如驱动电动机、储存能量或产生光。
早在1965年,英特尔的创始人戈登·E·摩尔( Gordon E.Moore)就用以其名字命名的摩尔定律描绘了电子性能稳定快速的增长规律。其中指出,大约每间隔1.5~2年的时间,在确定的空间大小范围内集成电路可容纳的晶体管数量便会增加一倍,这意味着计算机的处理能力也增加一倍。因此在2016年,微电子开关电路中的结构已达到14nm的量级。此外,“超越摩尔”的口号还被用来假设:逻辑电路及其制造技术中融入越来越多的功能,特别是被动性、模拟、微机电、传感、生物功能以及性能功能。
作为微电子技术的替代品,印刷电子技术为将智能功能应用于物理对象开辟了额外的潜力。微型逻辑电路、天线、传感器、光伏元件和有机发光表面能够在塑料、纸张、陶瓷或其他材料的薄膜上印刷,这种印刷微型化且成本低廉。这些功能将来也可以直接应用于机械部件,例如结构元件、轴或滚柱轴承;还可以用于纺织材料,例如监测其负载状态或温度、从环境中收集电能、传输信息或做出离散决策。机电一体化设备( 3D-MID)的技术,非常适合于信息物理对象的构造,因为它可以在注射成型的立体基体上结合电气以及电子、机械等其他功能。例如,可以借助激光、通过冷活性等离子喷涂、气溶胶喷射或双组分注射工艺,在任意形状的表面上实现结构化导体图案。
传统的表面贴装器件(SMD)组件也在蓬勃发展。具有多台贴片机的普通生产线每小时可以安放多达100000个元件,其精度约为20um ( 3o),当前结构尺寸在01005~0201m范围内的元件,其边长仅为250um x 125um,必须可靠地进行加工。无表层或裸露的集成电路可以黏附到数百个沿表面排列的球形端子,其直径仅为30um。
总之,第四次工业革命只有在电子装配和连接的大发展阶段才能实现,即将到来的第四次工业革命将带来工业和私人领域的进一步彻底变革。