Pokroky ve flexibilních materiálech a výrobě desek plošných spojů

V posledních letech zaznamenal svět flexibilních PCB (desek tištěných spojů) významný růst a technologický pokrok. Tento vývoj vedl ke zvýšení podílu na trhu a rozšíření aplikací díky inherentním výhodám flexibility, tenkosti a lehké konstrukci. V tomto obsáhlém článku prozkoumáme primární materiály používané ve flexibilních PCB, jejich zlepšení výkonu a vyvíjející se prostředí flexibilních výrobních technologií PCB.

Zlepšení výkonu pomocí materiálů substrátu

Výkon flexibilních desek plošných spojů (PCB) do značné míry závisí na vlastnostech použitých materiálů substrátů. Substráty hrají klíčovou roli, protože slouží jak jako nosiče vodičů, tak jako izolační média mezi obvody. Kromě toho musí vykazovat schopnost ohýbat se a kroutit, což je pro flexibilní desky plošných spojů zásadní.

Mezi běžně používané substrátové materiály pro flexibilní desky plošných spojů patří polyimidová (PI) fólie a polyesterová (PET) fólie, uplatnění nacházejí i další polymerní fólie, jako je polyethylennaftalát (PEN), polytetrafluorethylen ( PTFE ) a aramid. Volba substrátového materiálu by měla být založena na pečlivém vyhodnocení jejich výkonu a nákladové efektivity.

Polyimidový (PI) film

Polyimidová fólie, termosetová pryskyřice, je předním podkladovým materiálem pro flexibilní lamináty plátované mědí (FCCL). Na rozdíl od většiny termosetových pryskyřic PI neměkne ani neteče při vysokých teplotách, takže je jedinečně vhodný pro flexibilní desky plošných spojů. PI se může pochlubit vysokou tepelnou odolností a vynikajícími elektrickými vlastnostmi. Má však nevýhodu, pokud jde o absorpci vlhkosti a pevnost v roztržení. Upgradované PI fólie mají výrazně nižší absorpci vlhkosti na 0.7% ve srovnání s typickou mírou 1.6%. Vykazují také zlepšenou rozměrovou stabilitu s tolerancemi sníženými z ±0.04 % na ±0.02 %.

Polyesterová (PET) fólie

PET pryskyřice nabízí příznivé mechanické a elektrické vlastnosti. Jeho hlavním omezením je jeho špatná tepelná odolnost, která jej činí nevhodným pro přímé pájení a montážní procesy. Avšak vlastnosti polyethylennaftalátu (PEN) jsou lepší než vlastnosti PET, ale nedosahují kvalit PI, což z něj činí vhodnou alternativu v některých aplikacích.

Liquid Crystal Polymer (LCP)

Pro kompaktní RF a vysokofrekvenční flexibilní konstrukce může Highleap také posoudit projekt výroby LCP PCB spolu s balíčkem pro skládání a montáž flexibilních obvodů.

Pro řešení omezení polyimidových substrátů se jako slibná alternativa ukázal Liquid Crystal Polymer (LCP). LCP je termoplastický materiál, který lze zpracovat do tenkých vrstev vhodných pro PCB. Vykazuje nízkou absorpci vlhkosti (0.04 %) a dielektrickou konstantu 2.85 (1 GHz), díky čemuž je vhodný pro vysokofrekvenční digitální obvody. Vlastnosti LCP, včetně vysokofrekvenční kompatibility, tepelné rozměrové stability a nízké absorpce vlhkosti, vedly k jeho přijetí do flexibilní výroby PCB.

Bezhalogenové substrátové materiály

Elektronický průmysl zaznamenal posun směrem k odpovědnosti za životní prostředí. Předpisy jako RoHS (Omezení nebezpečných látek) a WEEE (Odpad z elektrických a elektronických zařízení) zakázaly používání nebezpečných látek v elektronických zařízeních. V důsledku toho byly vyvinuty bezhalogenové substrátové materiály kompatibilní s environmentálními požadavky, které se nyní široce používají v pevných i flexibilních deskách plošných spojů.

Vyvíjející se materiály substrátu

Vzhledem k rostoucí poptávce po flexibilních deskách plošných spojů (PCB) probíhá výzkum a vývoj s cílem prozkoumat nové substrátové materiály, které mohou dále zlepšit výkon flexibilních obvodů. Vzhledem k tomu, že po celém světě je k dispozici více než 2000 typů použitelných plastových fólií, existuje nepochybně prostor pro objevování materiálů, které mohou posunout hranice návrhu flexibilních desek plošných spojů.

Role lepidla ve flexibilních PCB

Pro polyimidové flexibilní konstrukce, které vyžadují definovaný adhezní systém, je proces flexibilního obvodu DuPont Pyralux LF užitečnou referencí pro konkrétní materiál před uvolněním konstrukce.

Lepidlo je kritickou složkou flexibilních PCB, protože je zodpovědné za lepení měděné fólie a filmu substrátového materiálu. Lepidla jsou klasifikována do různých kategorií, včetně PI pryskyřice, PET pryskyřice, modifikované epoxidové pryskyřice a akrylové pryskyřice. Mezi nimi se častěji používají modifikovaná epoxidová pryskyřice a akrylová pryskyřice kvůli jejich vysoké adhezní síle.

Dvouvrstvý PI substrátový materiál

Tradiční flexibilní měděný laminát (FCCL) se obvykle skládá ze tří vrstev: polyimid, lepidlo a měděná fólie. Lepicí vrstva však může někdy negativně ovlivnit výkon flexibilních desek plošných spojů, zejména pokud jde o elektrický výkon a rozměrovou stabilitu. K vyřešení tohoto problému byl vyvinut dvouvrstvý flexibilní CCL (2L-FCCL) bez lepidla. Tento pokrok nejen zlepšuje ekologickou kompatibilitu flexibilních desek plošných spojů, ale také splňuje požadavky na bezolovnaté pájení zvýšením teplotního prahu z 220 °C na 260–300 °C. Srovnání mezi 2L-FCCL bez lepidla a 3L-FCCL s lepidlem je uvedeno v tabulce 1 níže.

Pro výrobu 2L-FCCL se obvykle používají tři způsoby:

1. Galvanizérství
2. Filmový povlak
3. Laminace

Každá metoda má své výhody a je vybírána na základě specifických požadavků. Galvanické pokovování je například vhodné pro výrobu válcování a tenčích substrátových materiálů a nabízí cenově výhodné řešení. Potahování filmem je ideální pro hromadnou výrobu a nabízí nákladovou efektivitu. Laminace naopak vyniká oboustranným zpracováním desek.

Materiál substrátu z polymeru tekutých krystalů (LCP).

Liquid Crystal Polymer (LCP) je relativně nový substrátový materiál, který se snaží řešit omezení polyimidových substrátů. LCP fólie je potažena měděnou fólií a prochází lisováním za tepla, aby se vytvořily jednostranné nebo oboustranné lamináty plátované mědí (CCL). CCL na bázi LCP nabízejí výjimečné vlastnosti, včetně nízké míry absorpce vody pouze 0.04 % a dielektrické konstanty kompatibilní s vysokofrekvenčními digitálními obvody (2.85 při 1 GHz). Vlastnosti LCP z něj dělají ideální volbu pro vysokofrekvenční aplikace ve flexibilních deskách plošných spojů.

Flexibilní podkladové materiály bez halogenů

Ekologické předpisy přiměly elektronický průmysl k přechodu na bezhalogenové substrátové materiály. Od roku 2003 zavedla EU předpisy RoHS a WEEE, které omezují používání šesti nebezpečných látek a regulují zpracování odpadních elektronických a elektrických zařízení. Tyto předpisy ovlivnily materiály používané v PCB, včetně flexibilních PCB. V důsledku toho musí různé součásti flexibilních desek plošných spojů, jako je FCCL, krycí vrstva, prepreg, pájecí maska ​​a výztužné desky, splňovat požadavky na požární odolnost a bezhalogenové požadavky.

Pokroky v měděné fólii

Vodivost je kritickou vlastností flexibilních desek plošných spojů a měděná fólie slouží jako primární vodivý materiál. Kromě mědi se někdy používají slitinové materiály jako hliník, nikl, zlato a stříbro. Výběr měděné fólie závisí na konkrétní aplikaci a způsobu výroby.

Elektrodepozitní (ED) měděná fólie

ED měděná fólie je jedním z nejčastěji používaných vodivých materiálů ve flexibilních DPS. Vyznačuje se krystalickou strukturou rybích šupin, výsledkem je hladká měděná fólie s dobrou houževnatostí. ED měděná fólie se dobře hodí pro dynamicky flexibilní desky plošných spojů, které vyžadují vysokou flexibilitu.

Válcovaná a žíhaná (RA) měděná fólie

RA měděná fólie se na druhé straně vyznačuje sloupcovou krystalovou strukturou, což vede k rovnoměrné a ploché struktuře. Tento typ měděné fólie je ideální pro procesy zdrsňování a leptání. RA měděná fólie se často používá ve flexibilních deskách plošných spojů s vysokou hustotou.

Vznikající požadavky na měděnou fólii

S rostoucí poptávkou po flexibilních deskách plošných spojů s vysokou hustotou s jemnějšími roztečemi v rozmezí od 40 μm do 50 μm jsou kladeny nové požadavky na výrobu měděné fólie. Tyto požadavky zahrnují nízkou drsnost povrchu a ultratenké měděné fólie, které splňují potřeby hromadné výroby DPS.

Vodivá stříbrná pasta

Flexibilní výroba desek plošných spojů zahrnuje použití vodivého inkoustu, který je natištěn na izolační fólii, aby se vytvořil drát nebo stínící vrstvy. Primárním materiálem používaným pro tento účel je vodivá stříbrná pasta. Je nezbytné, aby natištěná vodivá vrstva vykazovala nízký odpor, zajišťovala pevné spojení a zachovala si pružnost. Kromě toho by měl být proces tisku snadno proveditelný a vytvrzování by mělo být rychlé.

Moderní vodivá stříbrná pasta tyto požadavky splňuje a umožňuje vytváření vodivých vzorů na termosetových nebo termoplastických polymerových filmech, tkaninách a papíru. Tato technologie se také rozšiřuje na vytváření grafiky používané v produktech RFID. Finální produkty s vodivou stříbrnou pastou jsou přísně testovány na skladování při vysokých teplotách, odolnost proti vlhkosti a výkonnost při vysokých a nízkých teplotách. Vodivá stříbrná pasta je v souladu s požadavky na ochranu životního prostředí a nákladovou efektivitou.

Fotosenzitivní polyimid (PI) krycí vrstva

Tradiční PI/adhezivní krycí vrstvy se potýkaly s omezeními při plnění požadavků na vysokohustotní, rozměrově stabilní a ekologicky šetrné flexibilní PCB. V reakci na to byl vyvinut Photo-Imageable Coverlay (PIC). PIC, v závislosti na modifikovaných epoxidových nebo akrylových pryskyřicích, si získal popularitu díky svému vysokému rozlišení, vynikající pevnosti spoje a pružnosti. Tyto PIC však mají omezení, včetně nízké rozměrové stability na PCB s vysokou hustotou, nízké teploty skelného přechodu (Tg) a omezeného tepelného odporu.

Závěr

Flexibilní desky plošných spojů ušly dlouhou cestu z hlediska materiálů a výrobních technologií. Pokroky v materiálech substrátů, měděných fóliích, vodivých pastách a krycích vrstvách otevřely nové možnosti pro flexibilní desky plošných spojů s vysokou hustotou, vysokou frekvencí a šetrné k životnímu prostředí. Vzhledem k tomu, že poptávka po flexibilní elektronice stále roste, je jasné, že pokračující výzkum a vývoj povedou k dalším inovacím v materiálech a procesech.

Pro efektivní a spolehlivou flexibilní výrobu PCB zvažte oslovení společnosti Highleap Electronic. S více než desetiletými zkušenostmi ve výrobě flexibilních desek plošných spojů jsme vybaveni tak, abychom vyhověli vašim požadavkům a poskytovali vysoce kvalitní řešení. Kontaktujte nás ještě dnes a prodiskutujte své požadavky na výrobu a montáž flexibilních desek plošných spojů nebo si vyžádejte flexibilní nabídku PCB. Budoucnost flexibilní elektroniky je jasná a my jsme tu, abychom vám pomohli uvést vaše inovativní nápady do života.