Компания Sanmina-SCI разрабатывает методику, которая сделает электронные метки вездесущими. Но смогут ли изготовители печатных плат получить прибыль от этой многообещающей технологии?
Компания Sanmina-SCI разрабатывает методику, которая сделает электронные метки вездесущими. Но смогут ли изготовители печатных плат получить прибыль от этой многообещающей технологии?
Если Вы еще не слышали об электронных (RFID) метках, Вы вероятно не слышали и о сети гипермаркетов Wal-Mart. Вкратце, радиочастотная идентификация (RFID) — общий термин для определения технологий, которые используют радиоволны для автоматической идентификации изделий. Существует несколько методов идентификации, но наиболее распространен метод хранения серийного номера, маркирующего изделие, и, возможно, другой информации на печатной плате (ПП) с встроенной антенной (антенна совместно с небольшой печатной платой называется RFID-ретранслятором, или электронной меткой). Антенна позволяет ПП передать данные идентификации считывателю. Это устройство преобразует радиосигнал, отраженный электронной меткой, в цифровые данные, которые могут затем поступать в компьютеры для дальнейшей обработки. Рынок электронных меток не устойчив. С начала 2005 года продано почти 2 млрд. таких меток. Согласно недавно подготовленному аналитической компанией IDTechEX прогнозу развития рынка за период 2005-2010 годы, мировые продажи RFID-устройств, в том числе меток, систем и услуг в 2005 году составят 1,94 млрд. долл. Однако благодаря растущему спросу и принятию новых законов продажи на этом рынке в 2015 году могут возрасти до 24,5 млрд. долл.
На проведенной Советом по исследованию рынка технологий при Ассоциации промышленности средств соединений (IPC-TMRC) в этом году в Балтиморе конференции развернулась дискуссия по проблемам технологии радиочастотной идентификации и ее влияния на промышленность ПП. Пять докладов были посвящены принципам работы RFID-средств. Доклад представителя компании IDTechEX Питер Харроп (Peter Harrop) был посвящен краткому обзору промышленности, а Дан Блоунт (Dan Blount) из компании Sun Microsystems обсудил проблемы реализации оборудования инфраструктуры. Кроме того, двое поставщиков современных RFID-систем — Пауль Матанс (Paul Mathans), компания Symbol Technologies, и Франсуа Моне (Francois Monette), компания Cogiscan — рассказали, как они наращивают производство, чтобы справиться с ростом рынка. Но наиболее важный доклад, представляющий точку зрения изготовителя ПП, сделал специалист компании Sanmina-SCI Мартин Коттон (Martin Cotton). Он обсудил специфические производственные возможности и проблемы, возникающие при попытке изготовить RFID-изделие. В данной статье рассмотрены положения доклада Коттона, а также сделана попытка ответить на вопрос, что RFID-технология может дать изготовителям ПП, стремящимся найти для себя нишу на рынке. Расчеты Мартина Коттона
Свое представление технологии радиочастотной идентификации Коттон начал с практических вопросов цены и стоимостных издержек, которые «в конечном счете продвигают RFID-средства на розничный рынок». Пока производители отказываются принять эту технологию из-за «уоллмартизации»* этой неоперившейся промышленности. Коттон утверждает, что сильное ценовое давление потребителя может быть ослаблено, если RFID-устройства смогут оперировать большим объемом данных, и, следовательно, иметь большие функциональные возможности. Казалось бы, естественно использовать стратегию слежения на основе радиочастотной идентификации при производстве и сборке электронных систем, но пока она положена в основу лишь «этикеточных» решений. Переход к интеграции RFID-устройств в изделия, столь же разнообразные, как книги или электронная техника, по-видимому, должен стать следующим логическим шагом в развитии этой технологии. Проектирование и изготовление таких изделий объединило бы две функции в одном физическом решении. Целью этой интеграции должны стать электронные системы и, в частности ПП, поскольку они — сердце большинства электронных устройств. Применение RFID-технологии в этикетках, хотя и непосредственно обеспечивает, на первый взгляд, электронное слежение, не дает полного решения проблемы, поскольку позволяет следить только за этикеткой плюс то, к чему она прикреплена. При повреждении, удалении или замене этикетки другой прослеживается только она, а не изделие. Однако интеграция RFID-устройства или функции в изделие, в рассматриваемом случае в ПП, обеспечивает весьма эффективную защиту. При любой попытке удалить изделие RFID-функция прерывается, и работа устройства прекращается. Это свойство можно было бы использовать как часть общей системы, обеспечивающей защиту изделия; любая попытка его удаления прекратит функционирование основной системы. Такой метод может коренным образом изменить весь путь продукции от этапов его изготовления до поставки конечному потребителю. Введение RFID-устройства или функции в ПП — часть стратегии формирования скрытых или встраиваемых компонентов. По-видимому, термин «скрытый» или «встроенный» означает размещение RFID-функции в поверхностном слое ПП, но не сверху, а в области его формирования. Это связало бы RFID-устройство/функцию с остальной частью электронной схемы изделия с помощью проходных отверстий или других проводящих средств. Поскольку RFID-функция встраивается в ПП в процессе производства, она присутствует и на различных стадиях ее сборки. В процессе сборки RFID-устройство может передавать данные считывателю, расположенному на сборочной установке или вблизи нее. Данные содержали бы некоторую информацию, имеющую отношение к коду изделия или указывающую требуемый для сборки компонентов файл. Можно также получать и записывать данные в секцию считывания/записи, сформированной на кремниевом кристалле с RFID-устройством. Все это, согласно Коттону, можно выполнять «на лету» в процессе сборки. Все данные сборки вводятся в изделие перед тем, как оно будет смонтировано на ПП, или вводятся в ПП в конце цикла его изготовления. Скрытое RFID-устройство привязывает производственный процесс к изделию, как никакое другое решение до этого. Добавление датчиков и проходных соединений требует дополнительных функциональных слоев. Можно контролировать термически чувствительное изделие и допустимые предельные характеристики или данные о нарушении допустимых пределов (толерантности), и затем передавать эти данные, включив эту операцию в общий процесс сборки или производства. Действительно, на протяжении жизненного цикла изделия эти данные могут использоваться для ввода в оборудование мониторинга или в считыватели. Добавление проходных микроотверстий и подключение RFID-функции к межсоединениям ПП и, таким образом, к электронной системе позволяет приводить RFID-устройство в действие пассивно (подключать с помощью антенны) или активно (от источника питания) при подаче питания на сборку ПП. Это позволяет RFID-устройству или функции переключаться между режимами «пассивного»—«активного»—«пассивного» включения столько раз, сколько раз на изделие (по существу на собранную плату) подается и отключается питание. В докладе Коттона эта функция названа «PAPAN» (Passive-Active- Passive-Active-Not connected, или пассивный-активный-пассивный-активный-неподключенный режим). Это необычное свойство позволяет RFID-устройству выполнять функцию, названную докладчиком функцией хамелеона. Это означает, что один и тот же электронный элемент (RFID-устройство или функция) может выполнять две дополнительные и различные функции, переводя устройство из средства инертной передачи данных радиочастотной идентификации в «живой элемент» нового изделия. Как отметил Коттон, «одно устройство — две функции». Очевидно это новый взгляд на реализацию радиочастотной идентификации в электронике, и компания Sanmina-SCI исследует его потенциал. Скрытые кремниевые приборы и RFID-устройства
В течение некоторого времени включение скрытых кремниевых приборов в сборку ПП считалось предельной возможностью технологии сборки. Конечно, существуют скрытые емкости, а скрытые или встроенные резисторы становятся все популярнее при выполнении важных программ. Скрытые кремниевые приборы всегда труднее ввести в ПП, поскольку они очень хрупкие. Вот почему при производстве кремниевые приборы собираются в различные корпуса и даже, когда используется бескорпусной прибор, его защищают каким-либо материалом, или «glob top» (капельным куполом), как назвал его Коттон. Однако промышленность ПП исследует влияние процесса введения скрытого или встраиваемого кремниевого прибора в ПП. В промышленности проводится несколько проектов, некоторые из них являеются совместными предприятиями, другие — собственными инициативами. Существует несколько способов присоединения кристалла кремния к слоям межсоединений ПП. Наиболее распространен метод формирования проходных отверстий, позволяющих соединять находящиеся снизу контактные площадки кристалла кремния с верхними слоями платы. Имеют своих защитников и проволочные соединения. Наконец, возможны пальчиковые соединения, метод формирования которых подобен технике создания металлических контактных столбиков, правда, несколько обновленной. Хотя технология встраивания кремниевых кристаллов в ПП не являлась предметом доклада Коттона, она имеет право на существование и, по крайней мере, может быть объединена с процессами создания встраиваемых RFID-устройств. Сценарий сети Wal-Mart
Беспроводные решения околдовали информационную промышленность. RFID-метки могут стать здесь еще одним фаворитом, так как предлагают электронное решение, которое откроет производителям ПП новые территории. Они наводят мосты между производством простых ПП и миром производственных услуг в области электроники и даже разработки изделий. Для изготовителя комплектного оборудования возможность использования встроенной в ПП RFID-функции, как часть беспроводной стратегии, весьма заманчива и может привести к многим новым проектам. Например, используя описанную Коттоном функцию хамелеона и PAPAN-свойства скрытого RFID-устройства, может стать действительностью следующий сценарий. Проводится сборка ПП со скрытым RFID-устройством или функцией и в это устройство загружаются данные, относящиеся к ее сборке. Затем перед переходом к следующей операции загружаются файлы завершения операции каждой сборочной установкой или сборочного этапа. Далее загружается сообщение предыдущей операции о статусе и ПП переходит к следующей операции. Все это время RFID-устройство работает в пассивном режиме. ПП монтируется в изделие и/или переходит в разряд изделия, и становится частью системы слежения, для которой RFID-промышленность и предлагает решения, т.е. частью, по словам Коттона, сценария «Wal-Mart». ПП на протяжении розничной продажи изделия в магазине работает в пассивном режиме. При продаже изделие переносится туда, где им будут пользоваться, скажем, домой. Работающее в пассивном режиме изделие подключается к источнику питания (включается). RFID-устройство или функция при этом переходит из пассивного режима в активный, увеличивая таким образом дальность действия. Дальность действия RFID-технологии ограниченна из-за энергетических факторов. Поставщики комплектного оборудования могут использовать это ограничение, делая RFID-функцию частью системы обеспечения полной безопасности дома и используя при этом считыватель или монитор центрального пункта наблюдения. При удалении со своего места изделие отключается, питание его прекращается. RFID-устройство возвращается в пассивный режим работы, и дальность действия уменьшается. Положение считывателя или монитора фиксировано, поэтому, когда дальность действия RFID-прибора изменяется, он не может связаться со своим «авторизованным» считывателем/монитором. Так как RFID-функция неотъемлемая часть системы обеспечения безопасности, изделие не будет работать вдали от установленного считывателя. Другими словами, изделие при удалении от предназначенного ему места использования оказывается ни к чему непригодным. С производственной точки зрения создана мощная система безопасности; RFID-технология становится стратегическим инструментом слежения, пройдя длинный путь от начальной «крошечной частицы данных» — определение Коттона, данное ранее в его докладе. Очевидно, существует множество сценариев, которые можно было бы рассматривать, такие как системы безопасности страны, системы для автомобильной, аэрокосмической отраслей промышленности и т.п. Сеть Wal-Mart уже начинает работать с некоторыми из этих методов. 1 января 2005 года вступило в действие опубликованное более года назад поручение компании своим основным поставщикам использовать RFID-метки. Линда Диллман (Linda Dillman), главный управляющий по информации сети Wal-Mart, подтвердила, что RFID-стратегия в гипермаркетах Wal-Mart до сих пор была успешной. «Мне не нужно стоять здесь и обсуждать, будет ли эта стратегия успешной. Она уже успешна», сообщила она на пресс-конференции. Из-за технических проблем некоторые поставщики не успели внедрить RFID-устройства к поставленному сроку, но уже к концу января требуемые RFID-системы были на месте, и многие из поставщиков сети уже получают данные о поставке своих изделий. Сеть Wal-Mart установила RFID-системы в 104 магазинах, 35 клубах дяди Сэма и на трех оптовых базах. В общей сложности установлено 14000 изделий, которые объединены кабелем длиной 230 миль (350 км). К октябрю, компания Wal-Mart намерена использовать радиочастотную идентификацию в 12 оптовых базах и 600 магазинах США. К январю 2006 года еще 200 ведущих поставщиков начнут применять RFID-устройства. Совершенно ясно, что поставщики не могут уклониться от этого. Wal-Mart сейчас обрабатывает результаты прослеживания случаев возврата товара. Несмотря на принудительный характер проводимых компанией мер и на пока скромный объем поставок меток, большинство заинтересованных фирм соглашается, что их применение — положительный шаг для RFID-промышленности и сети розничной продажи. Введение RFID-технологии — успешный старт для компании Wal-Mart, стремящейся получить конкурентоспособное преимущество, став первым пользователем этой технологии. Этот отважный новый (беспроводный) мир
Очевидно, что потенциал RFID-технологии огромен. Но сколько времени займет ее реализация? Как утверждает Коттон в своем докладе, возможно, пройдет год-полтора прежде, чем появиться функционирующий опытный образец. «Чтобы создать эффективную инфраструктуру, потребуются партнеры и совместные предприятия», — говорит он. Но существуют и сомнения относительно того, что RFID-метки будут играть важную роль в нашем мире. Изготовители ПП должны серьезно просчитать, действительно ли надо заниматься этой многообещающей новой технологией.
Информация об авторе: Стив Голд — редактор и издатель журнала CircuiTree