Удосконалення гнучких матеріалів для друкованих плат і їх виготовлення

В останні роки світ гнучких друкованих плат (друкованих плат) пережив значне зростання та технологічний прогрес. Ці розробки сприяли збільшенню частки ринку та розширенню сфери застосування завдяки властивим перевагам гнучкості, тонкості та легкої конструкції. У цій вичерпній статті ми дослідимо основні матеріали, що використовуються в гнучких друкованих платах, покращення їхньої продуктивності та розвиток технологій виробництва гнучких друкованих плат.

Підвищення продуктивності завдяки матеріалам підкладки

Виступ гнучкі друковані плати багато в чому залежить від властивостей використовуваних матеріалів підкладки. Субстрати відіграють важливу роль, оскільки вони служать як носіями провідників, так і ізоляційними середовищами між ланцюгами. Крім того, вони повинні демонструвати здатність згинатися та скручуватися, що важливо для гнучких друкованих плат.

Зазвичай використовувані матеріали підкладки для гнучких друкованих плат включають поліімідну (PI) плівку та поліефірну (PET) плівку, а також інші полімерні плівки, такі як поліетиленнафталат (PEN), політетрафторетилен (PTFE), і Aramid також знаходять застосування. Вибір матеріалу підкладки повинен ґрунтуватися на ретельній оцінці їх продуктивності та економічної ефективності.

Поліімідна (PI) плівка

Поліімідна плівка, термореактивна смола, є провідним матеріалом підкладки для гнучких мідних ламінатів (FCCL). На відміну від більшості термореактивних смол, PI не розм’якшується і не тече при високих температурах, що робить його винятково придатним для гнучких друкованих плат. PI має високу термостійкість і чудові електричні характеристики. Однак він має недолік щодо поглинання вологи та міцності на розрив. Оновлені поліетиленові плівки мають значно нижчий рівень поглинання вологи на рівні 0.7% порівняно зі стандартним показником 1.6%. Вони також демонструють покращену стабільність розмірів, допуски зменшені з ±0.04% до ±0.02%.

Плівка поліефірна (ПЕТ).

ПЕТ смола має хороші механічні та електричні характеристики. Його основним обмеженням є низька термостійкість, що робить його непридатним для процесів прямого паяння та складання. Однак характеристики поліетиленнафталату (PEN) перевершують характеристики PET, але не дотягують до якості PI, що робить його прийнятною альтернативою в деяких сферах застосування.

Рідкокристалічний полімер (LCP)

Щоб усунути обмеження поліімідних підкладок, рідкокристалічний полімер (LCP) з’явився як багатообіцяюча альтернатива. LCP — це термопластичний матеріал, який можна переробляти в тонкі плівки, придатні для друкованих плат. Він демонструє низьке поглинання вологи (0.04%) і діелектричну проникність 2.85 (1 ГГц), що робить його придатним для високочастотних цифрових схем. Властивості LCP, включаючи високочастотну сумісність, термічну стабільність розмірів і низьке поглинання вологи, призвели до його застосування у виробництві гнучких друкованих плат.

Матеріали підкладки, що не містять галогенів

Електронна промисловість стала свідком переходу до екологічної відповідальності. Положення, такі як RoHS (Обмеження небезпечних речовин) і WEEE (Відходи електричного та електронного обладнання) забороняють використання небезпечних речовин в електронних пристроях. У результаті були розроблені безгалогенні матеріали підкладки, сумісні з екологічними вимогами, які зараз широко використовуються як у жорстких, так і в гнучких друкованих платах.

Розвиваються матеріали підкладки

Оскільки попит на гнучкі друковані плати продовжує зростати, дослідження та розробки тривають для вивчення нових матеріалів підкладки, які можуть ще більше підвищити продуктивність гнучких схем. Маючи понад 2000 типів пластикових плівок, доступних у всьому світі, безсумнівно, є місце для відкриття матеріалів, які можуть розширити межі гнучкий дизайн друкованої плати.

Роль адгезиву в гнучких друкованих платах

Клей є важливим компонентом гнучких друкованих плат, оскільки він відповідає за склеювання мідної фольги та плівки матеріалу підкладки. Клеї класифікуються за різними категоріями, включаючи PI смолу, PET смолу, модифіковану епоксидну смолу та акрилову смолу. Серед них частіше використовуються модифікована епоксидна смола та акрилова смола через їх високу міцність адгезії.

Двошаровий матеріал підкладки PI

Традиційний гнучкий обміднений ламінат (FCCL) зазвичай складається з трьох шарів: полііміду, клею та мідної фольги. Проте клейовий шар іноді може негативно впливати на продуктивність гнучких друкованих плат, особливо з точки зору електричних характеристик і стабільності розмірів. Щоб вирішити цю проблему, був розроблений двошаровий гнучкий CCL (2L-FCCL) без адгезиву. Цей прогрес не тільки покращує екологічну сумісність гнучких друкованих плат, але й відповідає вимогам пайки без свинцю, підвищуючи поріг температури з 220°C до 260-300°C. Порівняння між 2L-FCCL без адгезиву та 3L-FCCL з адгезивом наведено в таблиці 1 нижче.

Для виготовлення 2L-FCCL зазвичай використовуються три методи:

1. Гальваніка
2. Плівкове покриття
3. Розшарування

Кожен метод має свої переваги і вибирається з урахуванням конкретних вимог. Наприклад, гальванічне покриття підходить для виробництва прокату та тонших матеріалів підкладки, пропонуючи економічно ефективне рішення. Плівкове покриття ідеально підходить для масового виробництва, забезпечуючи економічну ефективність. З іншого боку, ламінування є кращим у виготовленні двосторонніх плит.

Матеріал підкладки з рідкокристалічного полімеру (LCP).

Рідкокристалічний полімер (LCP) є відносно новим матеріалом підкладки, який спрямований на вирішення обмежень поліімідних підкладок. Плівка LCP покривається мідною фольгою та піддається гарячому пресуванню для створення односторонніх або двосторонніх ламінатів з мідним покриттям (CCL). CCL на основі LCP мають виняткові властивості, включаючи низький рівень водопоглинання лише 0.04% і діелектричну проникність, сумісну з високочастотними цифровими схемами (2.85 при 1 ГГц). Властивості LCP роблять його ідеальним вибором для високочастотних застосувань у гнучких друкованих платах.

Безгалогенні гнучкі матеріали підкладки

Екологічні норми змусили електронну промисловість перейти на безгалогенні матеріали підкладки. З 2003 року ЄС запровадив правила RoHS та WEEE, які обмежують використання шести небезпечних речовин і регулюють переробку відпрацьованого електронного та електричного обладнання. Ці правила вплинули на матеріали, що використовуються в друкованих платах, зокрема на гнучких друкованих платах. У результаті різні компоненти гнучких друкованих плат, такі як FCCL, покриття, препрег, паяльна маска та армуючі плати, повинні відповідати вимогам вогнестійкості та відсутності галогенів.

Удосконалення мідної фольги

Провідність є критичною властивістю гнучких друкованих плат, а мідна фольга служить основним провідним матеріалом. На додаток до міді іноді використовуються такі сплави, як алюміній, нікель, золото та срібло. Вибір мідної фольги залежить від конкретного застосування та способу виготовлення.

Електроосаджена (ED) мідна фольга

Мідна фольга ED є одним із найбільш часто використовуваних провідних матеріалів у гнучких друкованих платах. Він характеризується кристалічною структурою риб’ячої луски, що дає гладку мідну фольгу з хорошою міцністю. ED-мідна фольга добре підходить для динамічно гнучких друкованих плат, які потребують високої гнучкості.

Згорнута та відпалена (RA) мідна фольга

З іншого боку, мідна фольга RA має стовпчасту кристалічну структуру, що забезпечує рівну та плоску структуру. Цей тип мідної фольги ідеально підходить для процесів шорсткості та травлення. Мідна фольга RA часто використовується в гнучких друкованих платах високої щільності.

Нові вимоги до мідної фольги

Оскільки попит на гнучкі друковані плати високої щільності з дрібним кроком від 40 мкм до 50 мкм зростає, нові вимоги висуваються до виробництва мідної фольги. Ці вимоги включають низьку шорсткість поверхні та ультратонку мідну фольгу для задоволення потреб масового виробництва друкованих плат.

Провідна срібна паста

Виготовлення гнучкої друкованої плати передбачає використання струмопровідних чорнил, які друкуються на ізоляційній плівці для створення дротяних або екрануючих шарів. Провідна срібна паста є основним матеріалом, який використовується для цієї мети. Важливо, щоб надрукований провідний шар мав низький опір, забезпечував міцне з’єднання та зберігав гнучкість. Крім того, процес друку має бути легко реалізованим, а затвердіння має бути швидким.

Сучасна електропровідна срібна паста відповідає цим вимогам, дозволяючи формувати електропровідні малюнки на термореактивних або термопластичних полімерних плівках, тканинах і папері. Ця технологія також поширюється на створення графіки, яка використовується в продуктах RFID. Кінцеві продукти, що містять електропровідну срібну пасту, ретельно перевіряються на зберігання при високій температурі, вологостійкість, а також циклічні характеристики при високих і низьких температурах. Провідна срібна паста відповідає вимогам захисту навколишнього середовища та є економічною.

Світлочутливе покриття з полііміду (PI).

Традиційні поліетиленові/клейові покриття зіткнулися з обмеженнями у відповідності вимогам до високощільних, стабільних розмірів та екологічно чистих гнучких друкованих плат. У відповідь було розроблено Photo-Imageable Coverlay (PIC). PIC, залежно від модифікованих епоксидних або акрилових смол, набув популярності завдяки своїй високій роздільній здатності, чудовій міцності з’єднання та гнучкості. Однак ці PIC мають обмеження, включаючи низьку стабільність розмірів на друкованих платах високої щільності, низьку температуру склування (Tg) і обмежений термічний опір.

Висновок

Гнучкі друковані плати пройшли довгий шлях з точки зору матеріалів і технологій виробництва. Удосконалення матеріалів для підкладок, мідної фольги, провідних паст і покриттів відкрило нові можливості для високощільних, високочастотних і екологічно чистих гнучких друкованих плат. Оскільки попит на гнучку електроніку продовжує зростати, зрозуміло, що триваючі дослідження та розробки призведуть до нових інновацій у матеріалах і процесах.

Щоб отримати ефективне та надійне виготовлення гнучких друкованих плат, зверніться до Highleap Electronic. Маючи понад десятирічний досвід у виробництві гнучких друкованих плат, ми готові задовольнити ваші вимоги та надати високоякісні рішення. Зв’яжіться з нами сьогодні, щоб обговорити ваші вимоги до виготовлення та складання гнучкої друкованої плати або запитати пропозицію щодо гнучкої друкованої плати. Майбутнє гнучкої електроніки світле, і ми тут, щоб допомогти вам втілити ваші інноваційні ідеї в життя.