Joustavien piirilevymateriaalien ja -valmistuksen edistysaskel

Viime vuosina joustavien piirilevyjen (painettujen piirilevyjen) maailma on kokenut merkittävää kasvua ja teknologista kehitystä. Tämä kehitys on johtanut markkinaosuuden kasvuun ja laajennettuihin sovelluksiin joustavuuden, ohuuden ja kevyen suunnittelun luontaisten etujen ansiosta. Tässä kattavassa artikkelissa tutkimme joustavissa piirilevyissä käytettyjä ensisijaisia ​​materiaaleja, niiden suorituskyvyn parannuksia ja joustavien piirilevyjen valmistustekniikoiden kehittyvää maisemaa.

Suorituskyvyn parantaminen alustamateriaalien avulla

Joustavien piirilevyjen suorituskyky riippuu pitkälti käytettyjen alustamateriaalien ominaisuuksista. Alustat ovat ratkaisevassa roolissa, koska ne toimivat sekä johtimien kantajina että eristeaineina piirien välillä. Lisäksi niiden on kyettävä taipumaan ja käpristymään, mikä on olennaista joustaville piirilevyille.

Yleisesti käytettyjä joustavien piirilevyjen pohjamateriaaleja ovat polyimidikalvo (PI) ja polyesterikalvo (PET), ja myös muut polymeerikalvot, kuten polyeteeninaftalaatti (PEN), polytetrafluoroeteeni ( PTFE ) ja aramidi, löytävät käyttökohteita. Pohjamateriaalin valinnan tulisi perustua niiden suorituskyvyn ja kustannustehokkuuden huolelliseen arviointiin.

Polyimidikalvo (PI).

Polyimidikalvo, lämpökovettuva hartsi, on johtava substraattimateriaali joustaville kuparipäällysteisille laminaateille (FCCL). Toisin kuin useimmat lämpökovettuvat hartsit, PI ei pehmene tai virtaa korkeissa lämpötiloissa, mikä tekee siitä ainutlaatuisen sopivan joustaville piirilevyille. PI:llä on korkea lämmönkestävyys ja erinomaiset sähköiset ominaisuudet. Sillä on kuitenkin haittapuoli kosteuden imeytymisen ja repäisylujuuden suhteen. Päivitetyillä PI-kalvoilla on huomattavasti pienempi kosteuden absorptio 0.7 % verrattuna tyypilliseen 1.6 %:iin. Niillä on myös parantunut mittastabiilius, ja toleranssit pienenevät ±0.04 %:sta ±0.02 %:iin.

Polyesterikalvo (PET).

PET-hartsi tarjoaa edullisen mekaanisen ja sähköisen suorituskyvyn. Sen tärkein rajoitus on sen huono lämmönkestävyys, mikä tekee siitä sopimattoman suoran juotos- ja kokoonpanoprosesseihin. Polyeteeninaftalaatin (PEN) suorituskyky on kuitenkin parempi kuin PET:n, mutta se ei vastaa PI:n ominaisuuksia, mikä tekee siitä sopivan vaihtoehdon joissakin sovelluksissa.

Liquid Crystal Polymer (LCP)

Kompaktien RF- ja korkeataajuisten joustavien mallien osalta Highleap voi myös tarkastella LCP-piirilevyjen valmistusprojektia joustavien pinoamis- ja kokoonpanopakettien ohella.

Liquid Crystal Polymer (LCP) on noussut lupaavaksi vaihtoehdoksi polyimidisubstraattien rajoitusten korjaamiseksi. LCP on termoplastinen materiaali, joka voidaan prosessoida ohuiksi kalvoiksi, jotka soveltuvat piirilevyille. Sillä on alhainen kosteuden absorptio (0.04 %) ja dielektrisyysvakio 2.85 (1 GHz), joten se sopii korkeataajuisiin digitaalisiin piireihin. LCP:n ominaisuudet, mukaan lukien korkeataajuinen yhteensopivuus, lämpömittojen vakaus ja alhainen kosteuden absorptio, ovat johtaneet sen käyttöönottamiseksi joustavassa piirilevyjen valmistuksessa.

Halogeenittomat alustamateriaalit

Elektroniikkateollisuudessa on nähty siirtymistä kohti ympäristövastuuta. Määräykset, kuten RoHS (vaarallisten aineiden käytön rajoittamista koskeva direktiivi) ja WEEE (sähkö- ja elektroniikkalaiteromua koskeva direktiivi), ovat kieltäneet vaarallisten aineiden käytön elektronisissa laitteissa. Tämän seurauksena on kehitetty halogeenittomia, ympäristövaatimusten mukaisia ​​​​alusmateriaaleja, joita käytetään nyt laajalti sekä jäykissä että joustavissa piirilevyissä.

Kehittyvät alustamateriaalit

Joustavien piirilevyjen kysynnän kasvaessa tutkimus- ja kehitystyötä jatketaan uusien alustamateriaalien löytämiseksi, jotka voivat parantaa joustavien piirien suorituskykyä entisestään. Yli 2000 erilaista soveltuvaa muovikalvoa on saatavilla maailmanlaajuisesti, joten on epäilemättä tilaa uusien materiaalien löytämiselle, jotka voivat venyttää joustavien piirilevyjen suunnittelun rajoja.

Liiman rooli joustavissa piirilevyissä

Polyimidi-joustorakenteissa, jotka vaativat määritellyn liimajärjestelmän, DuPont Pyralux LF -joustopiiriprosessi on hyödyllinen materiaalikohtainen referenssi ennen rakenteen julkaisua.

Liima on kriittinen komponentti joustavissa piirilevyissä, koska se on vastuussa kuparikalvon ja substraattimateriaalikalvon sitomisesta. Liimat luokitellaan eri luokkiin, mukaan lukien PI-hartsi, PET-hartsi, modifioitu epoksihartsi ja akryylihartsi. Näistä muunnettua epoksihartsia ja akryylihartsia käytetään yleisemmin niiden korkean tarttumislujuuden vuoksi.

Kaksikerroksinen PI-alustamateriaali

Perinteinen joustava kuparipäällysteinen laminaatti (FCCL) koostuu tyypillisesti kolmesta kerroksesta: polyimidistä, liimasta ja kuparifoliosta. Liimakerros voi kuitenkin joskus vaikuttaa negatiivisesti joustavien piirilevyjen suorituskykyyn, erityisesti mitä tulee sähköiseen suorituskykyyn ja mittastabiiliuteen. Tämän ongelman ratkaisemiseksi on kehitetty kaksikerroksinen joustava CCL (2L-FCCL) ilman liimaa. Tämä edistysaskel ei ainoastaan ​​paranna joustavien piirilevyjen ympäristöystävällisyyttä, vaan myös täyttää lyijyttömän juottamisen vaatimukset nostamalla lämpötilakynnystä 220 °C:sta 260-300 °C:seen. Vertailu 2L-FCCL:n ilman liimaa ja 3L-FCCL:n välillä liimalla on alla olevassa taulukossa 1.

2L-FCCL:n valmistuksessa käytetään tyypillisesti kolmea menetelmää:

1. Galvanointi
2. Kalvopinnoite
3. Laminointi

Jokaisella menetelmällä on etunsa ja se valitaan erityisten vaatimusten perusteella. Galvanointi soveltuu esimerkiksi valssaustuotantoon ja ohuempiin substraattimateriaaleihin tarjoten kustannustehokkaan ratkaisun. Kalvopinnoite on ihanteellinen massatuotantoon ja tarjoaa kustannustehokkuutta. Laminointi sen sijaan on erinomainen kaksipuolisen levyn valmistuksessa.

Liquid Crystal Polymer (LCP) -alustamateriaali

Liquid Crystal Polymer (LCP) on suhteellisen uusi substraattimateriaali, joka pyrkii korjaamaan polyimidisubstraattien rajoituksia. LCP-kalvo päällystetään kuparifoliolla ja kuumapuristetaan yksipuolisten tai kaksipuolisten kuparipäällysteisten laminaattien (CCL) luomiseksi. LCP-pohjaiset CCL:t tarjoavat poikkeuksellisia ominaisuuksia, kuten alhaisen, vain 0.04 %:n vedenabsorptionopeuden ja korkeataajuisten digitaalisten piirien (2.85 1 GHz:llä) kanssa yhteensopivan dielektrisyysvakion. LCP:n ominaisuudet tekevät siitä ihanteellisen valinnan suurtaajuussovelluksiin joustavissa piirilevyissä.

Halogeenittomat joustavat alustamateriaalit

Ympäristömääräykset ovat pakottaneet elektroniikkateollisuuden siirtymään halogeenittomiin substraattimateriaaleihin. EU on vuodesta 2003 lähtien ottanut käyttöön RoHS- ja WEEE-säädöksiä, jotka rajoittavat kuuden vaarallisen aineen käyttöä ja säätelevät elektroniikka- ja sähkölaiteromun käsittelyä. Nämä määräykset ovat vaikuttaneet PCB:issä käytettyihin materiaaleihin, mukaan lukien joustavat PCB:t. Tästä johtuen joustavien piirilevyjen eri komponenttien, kuten FCCL:n, peitekerroksen, prepreg-, juotosmaski- ja vahvistuslevyjen, on täytettävä palonkestävyys ja halogeenivapaat vaatimukset.

Kuparifolion kehitys

Johtavuus on kriittinen ominaisuus joustavissa piirilevyissä, ja kuparifolio toimii ensisijaisena johtavana materiaalina. Kuparin lisäksi käytetään joskus seosmateriaaleja, kuten alumiinia, nikkeliä, kultaa ja hopeaa. Kuparifolion valinta riippuu tietystä sovelluksesta ja valmistusmenetelmästä.

Sähkötalletus (ED) kuparifolio

ED-kuparifolio on yksi joustavissa piirilevyissä yleisimmin käytetyistä johtavista materiaaleista. Sille on tunnusomaista kala-asteinen kiderakenne, joka johtaa sileään kuparikalvoon, jolla on hyvä sitkeys. ED-kuparifolio soveltuu hyvin dynaamisesti joustaville piirilevyille, jotka vaativat suurta joustavuutta.

Valssattu ja hehkutettu (RA) kuparifolio

RA-kuparikalvolla on toisaalta pylväsmäinen kiderakenne, mikä johtaa tasaiseen ja tasaiseen rakenteeseen. Tämän tyyppinen kuparifolio sopii ihanteellisesti karhennus- ja etsausprosesseihin. RA-kuparifoliota käytetään usein korkeatiheyksisissa taipuisissa piirilevyissä.

Kuparifolion kasvavat vaatimukset

Kun tarve suuritiheyksisille joustaville piirilevyille, joiden jakovälit ovat 40–50 µm, kasvaa, kuparifolion valmistukseen asetetaan uusia vaatimuksia. Näihin vaatimuksiin kuuluvat alhainen pinnan karheus ja erittäin ohuet kuparikalvot täyttämään massavolyymin piirilevytuotannon tarpeet.

Johtava hopeatahna

Joustavassa piirilevyn valmistuksessa käytetään johtavaa mustetta, joka painetaan eristyskalvolle lankojen tai suojakerrosten luomiseksi. Johtava hopeatahna on ensisijainen materiaali, jota käytetään tähän tarkoitukseen. On oleellista, että painetulla johtavalla kerroksella on alhainen resistanssi, se varmistaa kiinteän liitoksen ja säilyttää joustavuuden. Lisäksi painatusprosessin tulee olla helposti toteutettavissa ja kovettumisen tulee olla nopeaa.

Nykyaikainen sähköä johtava hopeatahna täyttää nämä vaatimukset ja mahdollistaa johtavien kuvioiden muodostamisen lämpökovettuville tai termoplastisille polymeerikalvoille, kankaille ja paperille. Tämä tekniikka ulottuu myös RFID-tuotteissa käytettävän grafiikan luomiseen. Johtavaa hopeatahnaa sisältävät lopputuotteet testataan tarkasti korkeiden lämpötilojen säilyvyyden, kosteudenkestävyyden ja pyöräilysuorituskyvyn suhteen korkeissa ja matalissa lämpötiloissa. Sähköä johtava hopeatahna vastaa ympäristönsuojeluvaatimuksia ja kustannustehokkuutta.

Valoherkkä polyimidi (PI) -peite

Perinteiset PI/liimapäällysteet ovat kohdanneet rajoituksia korkeatiheyksisten, mittapysyvien ja ympäristöystävällisten joustavien piirilevyjen vaatimusten täyttämisessä. Vastauksena on kehitetty Photo-Imageable Coverlay (PIC). PIC, riippuen muunnetuista epoksi- tai akryylihartseista, on saavuttanut suosiota korkean resoluution, erinomaisen sidoslujuuden ja joustavuuden ansiosta. Näillä PIC:illä on kuitenkin rajoituksia, kuten alhainen mittastabiilius suuritiheyksisille PCB-levyille, alhainen lasittumislämpötila (Tg) ja rajoitettu lämmönkestävyys.

Yhteenveto

Joustavat piirilevyt ovat edenneet pitkälle materiaalien ja valmistusteknologioiden suhteen. Substraattimateriaalien, kuparikalvojen, johtavien tahnojen ja päällystysmateriaalien kehitys on avannut uusia mahdollisuuksia suuritiheyksisille, korkeataajuuksisille ja ympäristöystävällisille joustaville piirilevyille. Joustavan elektroniikan kysynnän kasvaessa on selvää, että jatkuva tutkimus- ja kehitystyö johtaa uusiin materiaali- ja prosessiinnovaatioihin.

Jos haluat tehokkaan ja luotettavan joustavan piirilevyn valmistuksen, ota yhteyttä Highleap Electroniciin. Yli vuosikymmenen kokemuksella joustavasta piirilevyjen valmistuksesta olemme valmiita vastaamaan tarpeisiisi ja tarjoamaan korkealaatuisia ratkaisuja. Ota yhteyttä jo tänään keskustellaksesi joustavan piirilevyn valmistus- ja kokoonpanovaatimuksista tai pyydä joustava piirilevytarjous. Joustavan elektroniikan tulevaisuus on valoisa, ja olemme täällä auttaaksemme sinua toteuttamaan innovatiivisia ideoitasi.