Fremskridt inden for fleksible PCB-materialer og fremstilling

I de senere år har verden af ​​fleksible PCB'er (printede kredsløb) oplevet betydelig vækst og teknologiske fremskridt. Disse udviklinger har ført til en stigning i markedsandele og udvidede applikationer på grund af de iboende fordele ved fleksibilitet, tyndhed og letvægtsdesign. I denne omfattende artikel vil vi udforske de primære materialer, der bruges i fleksible PCB'er, deres ydeevneforbedringer og det udviklende landskab af fleksible PCB-fremstillingsteknologier.

Forbedring af ydeevne gennem substratmaterialer

Ydeevnen af ​​fleksible printkort afhænger i høj grad af egenskaberne af de anvendte substratmaterialer. Substrater spiller en afgørende rolle, da de fungerer som både lederbærere og isolerende medier mellem kredsløb. Desuden skal de have evnen til at bøje og krølle, hvilket er afgørende for fleksible printkort.

Almindeligt anvendte substratmaterialer til fleksible printkort omfatter polyimidfilm (PI) og polyesterfilm (PET), mens andre polymerfilm som polyethylennaphthalat (PEN), polytetrafluorethylen ( PTFE ) og aramid også finder anvendelse. Valget af substratmateriale bør baseres på en omhyggelig evaluering af deres ydeevne og omkostningseffektivitet.

Polyimid (PI) film

Polyimidfilm, en termohærdende harpiks, er et førende substratmateriale til fleksible kobberbeklædte laminater (FCCL). I modsætning til de fleste termohærdende harpikser, blødgør PI ikke eller flyder ved høje temperaturer, hvilket gør det unikt velegnet til fleksible PCB'er. PI kan prale af høj termisk modstand og fremragende elektriske egenskaber. Det har dog en ulempe med hensyn til fugtoptagelse og rivestyrke. Opgraderede PI-film har signifikant lavere fugtabsorption på 0.7 % sammenlignet med den typiske hastighed på 1.6 %. De udviser også forbedret dimensionsstabilitet med tolerancer reduceret fra ±0.04% til ±0.02%.

Polyester (PET) film

PET-harpiks tilbyder gunstig mekanisk og elektrisk ydeevne. Dens vigtigste begrænsning er dens ringe varmebestandighed, hvilket gør den uegnet til direkte lodning og montageprocesser. Ydeevnen af ​​polyethylennaphthalat (PEN) er imidlertid overlegen i forhold til PET, men lever ikke op til PI's kvaliteter, hvilket gør det til et velegnet alternativ i nogle applikationer.

Liquid Crystal Polymer (LCP)

Til kompakte RF- og højfrekvente flex-designs kan Highleap også gennemgå et LCP PCB-produktionsprojekt sammen med flex-stackup- og samlingspakken.

For at imødegå begrænsningerne ved polyimid-substrater er Liquid Crystal Polymer (LCP) dukket op som et lovende alternativ. LCP er et termoplastisk materiale, der kan forarbejdes til tynde film velegnet til PCB. Den udviser lav fugtabsorption (0.04%) og en dielektrisk konstant på 2.85 (1GHz), hvilket gør den velegnet til højfrekvente digitale kredsløb. LCP's egenskaber, herunder højfrekvenskompatibilitet, termisk dimensionsstabilitet og lav fugtabsorption, har ført til, at det er blevet vedtaget i fleksibel PCB-fremstilling.

Halogenfri substratmaterialer

Elektronikindustrien har oplevet et skift i retning af miljøansvar. Regler som RoHS (Restriction of Hazardous Substances) og WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) har forbudt brugen af ​​farlige stoffer i elektroniske apparater. Som et resultat heraf er der udviklet halogenfri substratmaterialer, der er kompatible med miljøkrav, og som nu anvendes i vid udstrækning i både stive og fleksible printkort.

Udvikling af substratmaterialer

Efterspørgslen efter fleksible printkort fortsætter med at vokse, og der pågår løbende forsknings- og udviklingsindsatser for at udforske nye substratmaterialer, der yderligere kan forbedre ydeevnen af ​​fleksible kredsløb. Med over 2000 typer af anvendelige plastfilm tilgængelige på verdensplan er der utvivlsomt plads til opdagelsen af ​​materialer, der kan flytte grænserne for fleksibelt printkortdesign.

Klæbemidlets rolle i fleksible PCB'er

Til fleksible polyimidkonstruktioner, der kræver et defineret klæbesystem, er DuPont Pyralux LF-processen med fleksible kredsløb en nyttig materialespecifik reference, før konstruktionen frigives.

Klæbemiddel er en kritisk komponent i fleksible PCB'er, da det er ansvarligt for at binde kobberfolien og substratmaterialets film. Klæbemidler er klassificeret i forskellige kategorier, herunder PI-harpiks, PET-harpiks, modificeret epoxyharpiks og akrylharpiks. Blandt disse er modificeret epoxyharpiks og akrylharpiks mere almindeligt anvendt på grund af deres høje klæbestyrke.

To-lags PI-substratmateriale

Traditionelt fleksibelt kobberbeklædt laminat (FCCL) består typisk af tre lag: polyimid, klæbemiddel og kobberfolie. Imidlertid kan det klæbende lag undertiden påvirke ydeevnen af ​​fleksible PCB'er negativt, især med hensyn til elektrisk ydeevne og dimensionsstabilitet. For at løse dette problem er to-lags fleksibel CCL (2L-FCCL) uden klæbemiddel blevet udviklet. Dette fremskridt forbedrer ikke kun miljøkompatibiliteten af ​​fleksible PCB'er, men opfylder også kravene til blyfri lodning ved at hæve temperaturtærsklen fra 220°C til 260-300°C. En sammenligning mellem 2L-FCCL uden klæbemiddel og 3L-FCCL med klæbemiddel er angivet i tabel 1 nedenfor.

Tre metoder bruges typisk til fremstilling af 2L-FCCL:

1. galvanisering
2. Filmbelægning
3. Laminering

Hver metode har sine fordele og er valgt ud fra specifikke krav. Galvanisering er for eksempel velegnet til valseproduktion og tyndere substratmaterialer, hvilket giver en omkostningseffektiv løsning. Filmbelægning er ideel til masseproduktion, hvilket giver omkostningseffektivitet. Laminering udmærker sig på den anden side ved dobbeltsidet pladefremstilling.

Liquid Crystal Polymer (LCP) substratmateriale

Liquid Crystal Polymer (LCP) er et relativt nyt substratmateriale, der søger at adressere begrænsningerne ved polyimidsubstrater. LCP-film er belagt med kobberfolie og gennemgår varmpresning for at skabe enkeltsidede eller dobbeltsidede kobberbeklædte laminater (CCL). LCP-baserede CCL'er tilbyder exceptionelle egenskaber, herunder en lav vandabsorptionshastighed på kun 0.04% og en dielektrisk konstant, der er kompatibel med højfrekvente digitale kredsløb (2.85 ved 1GHz). LCP's egenskaber gør det til et ideelt valg til højfrekvente applikationer i fleksible PCB'er.

Halogenfrie fleksible substratmaterialer

Miljøbestemmelser har tvunget elektronikindustrien til at gå over til halogenfrie substratmaterialer. Siden 2003 har EU implementeret RoHS- og WEEE-regler, der begrænser brugen af ​​seks farlige stoffer og regulerer behandlingen af ​​affald af elektronisk og elektrisk udstyr. Disse regler har påvirket de materialer, der anvendes i PCB, herunder fleksible PCB. Som følge heraf skal forskellige komponenter i fleksible PCB'er, såsom FCCL, coverlay, prepreg, loddemaske og forstærkningsplader, opfylde krav til brandmodstand og halogenfri.

Fremskridt i kobberfolie

Ledningsevne er en kritisk egenskab i fleksible PCB'er, og kobberfolie fungerer som det primære ledende materiale. Ud over kobber bruges legeringsmaterialer som aluminium, nikkel, guld og sølv nogle gange. Valget af kobberfolie afhænger af den specifikke anvendelse og fremstillingsmetode.

Electro Deposit (ED) kobberfolie

ED kobberfolie er et af de mest almindeligt anvendte ledende materialer i fleksible PCB'er. Den er kendetegnet ved en krystalstruktur af fiskeskæl, hvilket resulterer i en glat kobberfolie med god sejhed. ED kobberfolie er velegnet til dynamisk fleksible PCB'er, der kræver høj fleksibilitet.

Valset og udglødet (RA) kobberfolie

RA kobberfolie har på den anden side en søjleformet krystalstruktur, hvilket resulterer i en jævn og flad struktur. Denne type kobberfolie er ideel til ru- og ætsningsprocesser. RA kobberfolie bruges ofte i fleksible PCB'er med høj densitet.

Nye krav til kobberfolie

Efterhånden som efterspørgslen efter fleksible PCB'er med høj densitet med finere afstande fra 40μm til 50μm stiger, stilles der nye krav til fremstilling af kobberfolie. Disse krav omfatter lav overfladeruhed og ultratynde kobberfolier for at imødekomme behovene for masse-volumen PCB-produktion.

Ledende sølvpasta

Fleksibel PCB-fremstilling involverer brugen af ​​ledende blæk, som er trykt på isolerende film for at skabe tråd eller afskærmningslag. Ledende sølvpasta er det primære materiale, der bruges til dette formål. Det er vigtigt, at det trykte ledende lag udviser lav modstand, sikrer en solid forbindelse og bevarer fleksibiliteten. Derudover skal udskrivningsprocessen være let implementerbar, og hærdningen skal være hurtig.

Moderne ledende sølvpasta opfylder disse krav, hvilket muliggør dannelse af ledende mønstre på termohærdende eller termoplastiske polymerfilm, tekstiler og papir. Denne teknologi strækker sig også til at skabe grafik, der bruges i RFID-produkter. Slutprodukter med ledende sølvpasta er strengt testet for opbevaring ved høje temperaturer, modstandsdygtighed over for fugt og cykling ved høj og lav temperatur. Ledende sølvpasta er i overensstemmelse med miljøbeskyttelseskrav og omkostningseffektivitet.

Lysfølsomt polyimid (PI) dæklag

Traditionelle PI/klæbende dæklag har stået over for begrænsninger i forhold til at opfylde kravene til højdensitet, formstabile og miljøvenlige fleksible PCB'er. Som svar er Photo-Imageable Coverlay (PIC) blevet udviklet. PIC, afhængigt af modificeret epoxy eller akrylharpiks, har vundet popularitet på grund af sin høje opløsning, fremragende bindingsstyrke og fleksibilitet. Disse PIC'er har dog begrænsninger, herunder lav dimensionsstabilitet på højdensitets-PCB'er, lav glasovergangstemperatur (Tg) og begrænset termisk modstand.

Konklusion

Fleksible PCB'er er nået langt med hensyn til materialer og fremstillingsteknologier. Fremskridt inden for substratmaterialer, kobberfolier, ledende pastaer og dæklag har åbnet op for nye muligheder for højdensitet, højfrekvente og miljøvenlige fleksible PCB'er. Efterhånden som efterspørgslen efter fleksibel elektronik fortsætter med at vokse, er det klart, at den igangværende forsknings- og udviklingsindsats vil føre til yderligere innovationer inden for materialer og processer.

For effektiv og pålidelig fleksibel PCB-fremstilling bør du overveje at kontakte Highleap Electronic. Med mere end ti års erfaring i fleksibel PCB-fremstilling er vi udstyret til at imødekomme dine krav og levere løsninger af høj kvalitet. Kontakt os i dag for at diskutere dine krav til fremstilling og montering af fleksible printkort eller anmode om et fleksibelt PCB-tilbud. Fremtiden for fleksibel elektronik er lys, og vi er her for at hjælpe dig med at føre dine innovative ideer ud i livet.