电子元器件及其结构正日趋微型化，这使得键合工艺的难度与日俱增。传统工艺在此领域早已触及性能天花板，但荷兰初创企业 Fonontech 研发的 Impulse Printing™ 工艺却带来了全新突破。该工艺可实现微米级 3D 结构的半导体先进封装。倍福的 XFC 组件和 EtherCAT 是实现该工艺的关键。
电子元器件的微型化趋势使得传统光刻工艺越来越难以经济、可靠地制备元器件之间的互连结构。“传统制造技术已接近其性能极限。通过我们的 Impulse Printing™ 技术，我们正在推动工艺迈向新高度。”总部位于埃因霍温的荷兰初创公司 Fonontech B.V. 首席技术官 Fabien Bruning 说道。
该工艺的核心组件是表面蚀刻有微米级结构的硅层转印基板。这些微米级结构可以吸附油墨，并在后续工序中将油墨转印至基板（印刷电路板）表面。除了蚀刻好的导电线路外，转印基板还集成有加热结构。Fabien Bruning 解释道：“极高强度的瞬时电流脉冲会引起极少量的油墨溶剂在与晶圆接触时瞬间发生微爆式气化， 将油墨从晶圆表面精准喷印至电路板。”Fonontech 公司 CEO Rob Hendriks 补充道：“该工艺即便在超过 60 厘米的间距下仍能稳定运行，但在此距离下精度会有所降低。”
必须确保印刷过程同时满足非接触式操作与高速运行这两个要求。一次电流脉冲即可在不到 1 毫秒的时间内完成电路板或其它基板上数千条线路的印刷。此外，加热结构的选择性加热功能还可实现印刷中的结构与基材之间的局部对齐。Fonontech 研发的打印头面积为 128 x 128 毫米，支持所有常见油墨类型。“该技术可实现 300 毫米晶圆或 600 x 600 毫米基板的快速印刷，这一规格正逐步成为半导体后道封装的新标准。”Fabien Bruning 说道。通过平板加热装置与钢网印刷工艺的协同作业，设备能够实现更大尺寸部件的制造，例如平板显示器。多个打印头可便捷地并排安装，以实现这一需求。
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快速精准：通过基于 PC 的控制技术
该工艺采用倍福基于 PC 的控制实现全流程自动化。“通过集成 EtherCAT 和 XFC 技术，Fontech 能够实时同步并精确定位设备的各个模块。”倍福荷兰分公司销售工程师 Stijn de Bruin 解释道。在原型机制造阶段，Fabien Bruning 从项目初期就确定了最大程度地采用标准组件的设计策略。正如他所解释的，选择倍福一部分原因是看重 TwinCAT 3 控制软件的高度灵活性： “例如，我们在 Simulink® 中开发了算法，并在 TwinCAT 中实时执行这些算法。”他还补充说，许多第三方供应商都提供配备 EtherCAT 接口的组件。EtherCAT 也被国际半导体产业协会（SEMI™）采纳为通信标准（E54.20）。基于这一考量，Fabien Bruning 也在致力于将打印头开发为配备 EtherCAT 接口的独立模块：“这将使半导体行业的其他企业更便利地将我们的技术集成到他们的设备中。”此外，多个打印模块可以组合成一个大型打印头，通过 EtherCAT 的分布式时钟和 XFC 技术，实现更大尺寸结构的高精度打印。
Fonontech 目前使用的是 C6017 超紧凑型工业 PC，该设备搭载了 TwinCAT 3 PLC/NC PTP、TwinCAT 3 Target for Simulink® 和 TwinCAT 3 HMI。图像处理应用目前部署在 C5240 19 英寸抽拉式工业 PC。Fabien Bruning 评论道：“虽然我们完全可以在 C6017 上运行该算法，但在开发阶段将其部署在独立的工业 PC 上更加便捷。”
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目标：实现 5 微米级分辨率
原型机目前正在基板上打印多个宽度为 10 微米的图案。“如此精细的结构已超越大多数印刷技术的工艺极限。”Rob Hendriks 解释道。然而，Fonontech 并不满足于此，其目标是要实现线宽 5 微米且套刻误差范围控制在亚微米级的精密打印工艺。实现这种高精度印刷所需的精确时序控制依托的正是倍福的 XFC 极速控制技术。同时，还需将现有运动控制方案升级至采用空气轴承的亚微米级定位平台。“得益于基于 PC 的控制系统的开放性和灵活性，整套方案可以与现有的硬件和控制解决方案无缝对接。”Stijn de Bruin 说道。
在该系统的测试版中，除空气轴承系统外，还集成了多种电机变体及一个搬运平台。针对最高 48 V 的低压场景的紧凑型驱动技术 — EL72xx EtherCAT 伺服电机端子模块和 AM8100 伺服电机 — 可以进一步节省安装调试阶段的占用空间及成本投入。Fabien Bruning 认为，分布式控制器和 EtherCAT 功能的集成是另一种值得探索的技术方案：“事实上，若想开发并推广配备高性能从站控制器及集成运动控制的功能单元，市场上基于 PC 的控制技术的替代方案并不多见。”
关于德国倍福
倍福（Beckhoff）是一家专注于自动化新技术的德资企业，创立于 1980 年，总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者，倍福定义了自动化领域的许多标准，是国际标准的制定者和推动者。公司所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。经过 40 年的发展和努力，倍福已在世界各地设立 30 多家分支机构，加上全球的合作伙伴，业务遍及 70 多个国家和地区。
倍福于 1997 年进入中国市场，中国区总部落户于上海市北高新产业园区，现有员工 300 人，办事处遍及国内 30 座大中城市。创新产品和解决方案广泛应用于风力发电、半导体、光伏太阳能、电子制造、金属加工、包装机械、印刷机械、塑料加工、轮胎加工、木材加工、玻璃机械、物流输送以及楼宇自动化等众多领域。
公司倾力推广的 EtherCAT 实时工业以太网于 2014 年成为中国国家推荐性标准，并已入编工信部的《国家智能制造标准体系建设指南》。作为一家技术驱动型公司，倍福一直注重在技术上寻求突破创新，在业内享有“创新引擎”的美誉。倍福基于 PC 的控制技术具有良好的开放性，它支持所有主流的工业通信协议，将 IT 技术、互联网和自动化技术完美融合在一起，为实现工业 4.0 和智能制造奠定了坚实的技术基础。
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