Достижения в области материалов и производства гибких печатных плат

В последние годы мир гибких печатных плат (печатных плат) пережил значительный рост и технологический прогресс. Эти разработки привели к увеличению доли рынка и расширению сферы применения благодаря таким преимуществам, как гибкость, тонкость и легкий вес. В этой подробной статье мы рассмотрим основные материалы, используемые в гибких печатных платах, улучшения их производительности и развивающуюся среду технологий производства гибких печатных плат.

Повышение производительности за счет материалов подложки

Рабочие характеристики гибких печатных плат во многом зависят от свойств используемых материалов подложки. Подложки играют решающую роль, поскольку они служат как носителями проводников, так и изолирующей средой между цепями. Кроме того, они должны обладать способностью изгибаться и скручиваться, что крайне важно для гибких печатных плат.

В качестве материалов подложки для гибких печатных плат обычно используются полиимидная (PI) и полиэфирная (PET) пленки, а также другие полимерные пленки, такие как полиэтиленнафталат (PEN), политетрафторэтилен ( PTFE ) и арамид. Выбор материала подложки должен основываться на тщательной оценке его характеристик и экономической эффективности.

Полиимидная (ПИ) пленка

Полиимидная пленка, термореактивная смола, является ведущим материалом подложки для гибких ламинатов с медным покрытием (FCCL). В отличие от большинства термореактивных смол, PI не размягчается и не течет при высоких температурах, что делает его уникальным для гибких печатных плат. PI может похвастаться высокой термической стойкостью и отличными электрическими характеристиками. Однако у него есть недостаток с точки зрения поглощения влаги и прочности на разрыв. Модернизированные ПИ-пленки имеют значительно более низкое поглощение влаги (0.7%) по сравнению с типичным показателем 1.6%. Они также демонстрируют улучшенную стабильность размеров: допуски уменьшены с ±0.04% до ±0.02%.

Полиэфирная (ПЭТ) пленка

ПЭТ-смола обладает благоприятными механическими и электрическими характеристиками. Его основным ограничением является плохая термостойкость, что делает его непригодным для процессов прямой пайки и сборки. Однако характеристики полиэтиленнафталата (ПЭН) превосходят характеристики ПЭТ, но уступают качествам ПИ, что делает его подходящей альтернативой в некоторых применениях.

Жидкокристаллический полимер (LCP)

Для компактных радиочастотных и высокочастотных гибких схем компания Highleap также может провести анализ проекта по изготовлению печатных плат из жидкокристаллического полимера (LCP) наряду с компоновкой гибких плат и комплектом для сборки.

Чтобы устранить ограничения полиимидных подложек, многообещающей альтернативой стал жидкокристаллический полимер (LCP). LCP — это термопластичный материал, из которого можно получить тонкие пленки, подходящие для печатных плат. Он обладает низким поглощением влаги (0.04%) и диэлектрической проницаемостью 2.85 (1 ГГц), что делает его пригодным для высокочастотных цифровых схем. Свойства LCP, включая высокочастотную совместимость, термическую стабильность размеров и низкое поглощение влаги, привели к его использованию в производстве гибких печатных плат.

Безгалогенные материалы подложки

В электронной промышленности наблюдается сдвиг в сторону экологической ответственности. Такие правила, как RoHS (ограничение использования опасных веществ) и WEEE (отходы электрического и электронного оборудования), запрещают использование опасных веществ в электронных устройствах. В результате были разработаны безгалогенные подложки, совместимые с экологическими требованиями, и теперь они широко используются как в жестких, так и в гибких печатных платах.

Развивающиеся материалы подложек

Поскольку спрос на гибкие печатные платы продолжает расти, ведутся исследования и разработки новых материалов подложки, которые могут еще больше повысить производительность гибких схем. Учитывая наличие более 2000 типов пластиковых пленок по всему миру, несомненно, есть место для открытия материалов, способных расширить границы проектирования гибких печатных плат.

Роль клея в гибких печатных платах

Для гибких полиимидных конструкций, требующих определенной клеевой системы, технологический процесс DuPont Pyralux LF для гибких печатных плат является полезным ориентиром для конкретного материала перед началом строительства.

Клей является важнейшим компонентом гибких печатных плат, поскольку он отвечает за соединение медной фольги и пленки материала подложки. Клеи подразделяются на различные категории, включая смолу ПИ, смолу ПЭТ, модифицированную эпоксидную смолу и акриловую смолу. Среди них чаще используются модифицированная эпоксидная смола и акриловая смола из-за их высокой адгезионной прочности.

Двухслойный материал подложки PI

Традиционный гибкий ламинат с медным покрытием (FCCL) обычно состоит из трех слоев: полиимида, клея и медной фольги. Однако клейкий слой иногда может отрицательно влиять на характеристики гибких печатных плат, особенно с точки зрения электрических характеристик и стабильности размеров. Для решения этой проблемы был разработан двухслойный гибкий CCL (2L-FCCL) без клея. Это достижение не только улучшает экологическую совместимость гибких печатных плат, но также отвечает требованиям бессвинцовой пайки за счет повышения температурного порога с 220°C до 260-300°C. Сравнение 2L-FCCL без клея и 3L-FCCL с клеем представлено в Таблице 1 ниже.

Для производства 2L-FCCL обычно используются три метода:

1. гальванопокрытие
2. Пленочное покрытие
3. расслоение

Каждый метод имеет свои преимущества и выбирается исходя из конкретных требований. Гальваника, например, подходит для прокатного производства и более тонких материалов подложки, предлагая экономически эффективное решение. Пленочное покрытие идеально подходит для массового производства и обеспечивает экономическую эффективность. С другой стороны, ламинирование превосходно подходит для изготовления двусторонних досок.

Материал подложки из жидкокристаллического полимера (LCP)

Жидкокристаллический полимер (LCP) — относительно новый материал подложки, который призван устранить ограничения полиимидных подложек. Пленка LCP покрыта медной фольгой и подвергается горячему прессованию для создания односторонних или двусторонних ламинатов с медным покрытием (CCL). CCL на основе LCP обладают исключительными свойствами, включая низкий коэффициент водопоглощения (всего 0.04%) и диэлектрическую проницаемость, совместимую с высокочастотными цифровыми цепями (2.85 на частоте 1 ГГц). Свойства LCP делают его идеальным выбором для высокочастотных применений в гибких печатных платах.

Безгалогенные гибкие материалы подложки

Экологические нормы вынудили электронную промышленность перейти на безгалогенные материалы подложек. С 2003 года ЕС ввел правила RoHS и WEEE, ограничивающие использование шести опасных веществ и регулирующие переработку отходов электронного и электрического оборудования. Эти правила повлияли на материалы, используемые в печатных платах, включая гибкие печатные платы. В результате различные компоненты гибких печатных плат, такие как FCCL, покрытие, препрег, паяльная маска и усиливающие платы, должны соответствовать требованиям по огнестойкости и содержанию галогенов.

Достижения в области медной фольги

Проводимость является важнейшим свойством гибких печатных плат, а медная фольга служит основным проводящим материалом. Помимо меди, иногда используются сплавы, такие как алюминий, никель, золото и серебро. Выбор медной фольги зависит от конкретного применения и способа изготовления.

Электроосаждение (ED) Медная фольга

Медная фольга ED — один из наиболее часто используемых проводящих материалов в гибких печатных платах. Он характеризуется кристаллической структурой рыбьей чешуи, в результате чего получается гладкая медная фольга с хорошей прочностью. Медная фольга ED хорошо подходит для динамически гибких печатных плат, требующих высокой гибкости.

Прокатная и отожженная (RA) медная фольга

Медная фольга RA, с другой стороны, имеет столбчатую кристаллическую структуру, в результате чего структура получается ровной и плоской. Этот тип медной фольги идеально подходит для процессов придания шероховатости и травления. Медная фольга RA часто используется в гибких печатных платах высокой плотности.

Новые потребности в медной фольге

Поскольку спрос на гибкие печатные платы высокой плотности с более мелким шагом от 40 до 50 мкм растет, к производству медной фольги предъявляются новые требования. Эти требования включают низкую шероховатость поверхности и сверхтонкую медную фольгу для удовлетворения потребностей массового производства печатных плат.

Проводящая серебряная паста

Гибкое изготовление печатных плат предполагает использование проводящих чернил, которые наносятся на изолирующую пленку для создания проводов или экранирующих слоев. Проводящая серебряная паста является основным материалом, используемым для этой цели. Очень важно, чтобы напечатанный проводящий слой имел низкое сопротивление, обеспечивал надежное соединение и сохранял гибкость. Кроме того, процесс печати должен быть легко реализуемым, а отверждение должно быть быстрым.

Современная токопроводящая серебряная паста отвечает этим требованиям, позволяя формировать токопроводящие узоры на термореактивных или термопластичных полимерных пленках, тканях и бумаге. Эта технология также распространяется на создание графики, используемой в продуктах RFID. Конечные продукты, содержащие проводящую серебряную пасту, проходят строгие испытания на предмет хранения при высоких температурах, влагостойкость, а также устойчивость к циклическим нагрузкам при высоких и низких температурах. Проводящая серебряная паста соответствует требованиям защиты окружающей среды и экономичности.

Светочувствительный полиимидный (PI) покровный слой

Традиционные ПИ/адгезивные покрытия столкнулись с ограничениями в удовлетворении требований к высокой плотности, стабильным размерам и экологически чистым гибким печатным платам. В ответ на это была разработана Photo-Imageable Coverlay (PIC). PIC, основанный на модифицированных эпоксидных или акриловых смолах, приобрел популярность благодаря своему высокому разрешению, превосходной прочности склеивания и гибкости. Однако эти PIC имеют ограничения, в том числе низкую стабильность размеров на печатных платах высокой плотности, низкую температуру стеклования (Tg) и ограниченное термическое сопротивление.

Заключение

Гибкие печатные платы прошли долгий путь с точки зрения материалов и технологий производства. Достижения в области материалов подложек, медной фольги, проводящих паст и покрытий открыли новые возможности для создания высокоплотных, высокочастотных и экологически чистых гибких печатных плат. Поскольку спрос на гибкую электронику продолжает расти, становится ясно, что продолжающиеся исследования и разработки приведут к дальнейшим инновациям в материалах и процессах.

Для эффективного и надежного производства гибких печатных плат рассмотрите возможность обращения в Highleap Electronic. Имея более чем десятилетний опыт производства гибких печатных плат, мы готовы удовлетворить ваши требования и предоставить высококачественные решения. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваши требования к изготовлению и сборке гибкой печатной платы или запросить ценовое предложение на гибкую печатную плату. Будущее гибкой электроники светлое, и мы здесь, чтобы помочь вам воплотить в жизнь ваши инновационные идеи.