概述

背景

技术

概述

柔性制造工艺是保证美国国防部能够实现经济可承受性、获得客户定制的电子系统所必需的技术。没有这些先进的制造技术，许多下一代作战系统将会由于成本高昂和进度滞后等问题面临失败或被取消的可能。柔性工艺对美国采办改革的成功起着重要作用，因为这些技术的出现将鼓励更多的供应商参与美国国防部专项业务的竞争。柔性制造还将使大批量定制生产成为可能并且在民用市场创造机遇。流动自装配（FluidicSelfAssembly(FSA?)）技术就是最近开发的最有前途的柔性制造方法。

背景

背景需求目前，美国国防部的电子市场相对较小且专业化强，要求小批量生产。大批量生产的民用制造厂缺乏敏捷性和动力来满足国防部小批量生产需要。军用电子市场不受重视，尤其在目前的和平时期，只有少数合同商竞争军用电子市场，这些公司不能实现大批量制造才能达到的成本效益。

采办改革已经使国防部追求使用大批量的民用货架(COTS)电子产品以满足它的需求。COTS能够满足军方低成本和快速组装成器件的需求。因为国防部所需的许多电子器件的性能、空间、重量和形状不是严格要求的，因此采购COTS产品是减少开发和生产成本的最佳方法。

然而，国防部面临的真正问题是低成本和及时得到专业化、小批量电子元器件。许多下一代作战系统将取决于定制的电子设备，因为这些电子设备会受到空间、重量和形状的限制。这些新的平台包括隐身飞机、机器人运输工具（空中、海面及水下）等。这些新出现的国防系统将需要小型相控阵雷达、保形传感器和天线、射频识别标志、可佩戴计算机及先进的显示器来提供战场竞争优势，而柔性制造系统正好能够满足国防部的这种需求。

流动自装配(FSA?)流动自装配为电子设备制造提供了一种创新方法，被称为既能满足军事需求又有经济效益的最有前途的电子设备柔性制造方法。最初这种方法用于制造平板显示仪和射频识别标志。但是其潜在用途将更为广泛。

技术

技术创新FSA是在一片塑胶薄膜上装配细微电路（纳米组件）。每个纳米组件的实际形状都是根据其功能变化的。纳米组件的形状与在基板上的相应精密孔相匹配。装配前，所有的纳米组件要进行全面测试并悬浮在液体中。液体提供保护涂层并辅助装配过程。这些数千个悬浮纳米组件从分发装置中流出来，漂浮在基本表面上，然后自对准并填充到相应的接收孔里（见下图）。数千个纳米组件能在几秒钟之内装配完成，实现工艺过程并行。使用多级分发装置和CCD检测确保纳米组件100%填充进入相应孔中。

未使用的纳米组件可以再循环使用，从而使浪费达到最小并且使自装配工艺效益更好。一旦所有纳米组件归位，那么下一步就是使用传统的印刷术和蚀刻技术进行组件的互连。

FSA的优点目前的电子系统插接装配方法不仅成本昂贵且耗时长。FSA使用的设备投资小，而产出量大。这样就排除了市场准入障碍。如投资一个平板显示器厂原来要6亿美元，而使用流动自装配技术的工厂只要投资6000万美元即可。另外，由于FSA能使用一种塑胶的底板，因此能制造出许多形状来满足军事需求。如FSA能用塑胶代替玻璃制造平板显示仪，能够制造像窗帘一样拉下来的显示仪。FSA还有一个优点是能与多种底板，如半导体材料、集成电路和微机电系统设备兼容。这种设计柔性能够生产出在大范围频谱内的定制化产品。

对美国国家安全的贡献军用电子产品制造业是国家基本的国防产业，军用电子设备需求日益增多，要求工业部门能够为部队提供技术优势。如何维持这种优势取决于工业部门能保证及时地、经济地提供相应的电子设备。FSA就是可以为国家安全做出重要贡献的一种技术。

降低了市场准入门槛平板显示器是许多国防系统的关键设备。然而，美国缺乏一个重要的平显工业基地，而平显需求只依靠外购。这是由于坚固耐用的军用显示器、平板系统的主要国内供应商由于无利可赚而退出市场，这使得美国军事处于被动地位。FSA技术使美国重新获得进入民用和军用显示器市场的机遇。FSA显示器因为比玻璃显示器更轻和更耐用，因而适于军用。

减少采办时间FSA装配速度快有助于减少新系统开发时间。一个国家的军事优势之一取决于捕捉民用可用技术并将它们应用于军用系统的能力。其它的益处还包括减少成本和增加生产率，同时提高质量和性能。

批量生产FSA工厂能够提供急需的大批量电子系统。该技术由于投资少、柔性大且装配能够并行，因而能很快响应美国防务采办所需要增加的生产量。FSA技术还能够使美国国防部很快认证和发展备选供应商。

本土安全FSA技术对与保护美国本土安全的系统有直接和普遍的影响。例如，使用FSA技术能够提供生产射频识别标签的可靠生产方法，而且成本只有几美分，这样的价格使得这种标签能够广泛应用跟踪入境或过境的行李、包裹和集装箱。这些标签还在供应链管理和控制偷窃和伪造中发挥巨大作用。利用FSA技术还可以制造防伪身份证或统一的驾照。这些卡可分发给频繁出入国境又值得信赖的旅客。

挑战.然而FSA目前还没有转入大批量生产，从小批量装配到大批量生产通常会出现极大的技术挑战。FSA使用的设备是独特的，因此要想成功转入大批量生产，工艺方法必须具有可生产性、工艺性、易测试性、实用性、可维修性及可靠性。

前景.FSA是一种经济的、且可升级的具有突破性的制造工艺。该工艺技术能够使400亿美元的显示器市场重新分配。FSA许可证生产技术将带动电子工业创新和加速增长。在FSA上投资的战略投资家已经认识到它在电子系统、制造、运输和后勤方面的潜在影响。GEMplus公司是世界上最大的智能卡制造商，最近获得了4000万美元生产FSA显示器的合同。该合同标志着该技术的重要转折点。在今后几年，寻呼机、蜂窝电话和高清晰屏幕的先进显示器生产将启动。

政府目标和作用很显然，政府不应该将资源分配给私人已经投资的部门，政府应该投资验证在军事上的应用，从而加速FSA技术的发展。这些工作通常花费较大，时间也相对较长，任何一家公司单独承担都有困难，但这项工作很实用，将对整个工业发展都有益。另外还建议政府通过减少FSA技术进入市场的障碍来快速扩展工业基础，例如建立国有的或由政府支持的FSA工厂，授予一定的防务合同来鼓励采用FSA工艺生产。另外对采办官员、商业主管人员和工程师进行适当的短期培训，这些措施对10年前加速微机电系统项目的发展相当有效。由于这些技术发展迅速，因此，政府必须保持与工业界的对话，了解并协调工业界投资方向。

结论流动自装配技术是一种适于军民两用实现柔性电子制造的理想方法。FSA技术能够为美国国防部提供经济可承受性、专用电子系统。如果没有这种先进的制造工艺，许多下一代作战系统将由于成本和进度问题面临失败的可能。如果政府在FSA技术上适当地投资，将能够使该技术成功地从小批量向大批量生产转变。