Miniaturisierung von Flex-Schaltungen und Biokompatibilität mit SAP-Prozessen

Flexible Schaltungen gibt es schon seit Jahrzehnten und sie gehören zu den am schnellsten wachsenden Segmenten des Marktes für gedruckte Schaltungen.  Ich stelle mir vor, dass zu diesem Zeitpunkt die meisten erfahrenen Entwickler von gedruckten Schaltungen sich der Vorteile der Verwendung von flexibler Schaltungstechnologie bewusst sind:

• Löst ein Verpackungsproblem
• Reduziert Platz- und Gewichtsbedarf
• Reduzierte Montagekosten
• Ermöglicht dynamisches Biegen
• Thermomanagement 
• Verbessert die Produktästhetik
• Biokompatibilität 
• Erhöhte Zuverlässigkeit und verringerte Fehlermöglichkeit durch den Bediener

 
Wie man diese Vorteile noch weiter vorantreiben kann:

Heute möchte ich über ein weiteres Werkzeug im Werkzeugkasten sprechen, das es Entwicklern von gedruckten Schaltungen ermöglicht, diese Vorteile noch weiter zu nutzen.  Ich habe mehrere Blogs über semi-additive PCB-Prozesse geschrieben und die Möglichkeit, jetzt Leiterbahnen und Abstände bei 25 Mikron (1 Mil) und darunter zu routen.  (Ich werde am Ende dieses Blogbeitrags ein paar Links hinzufügen).  Jetzt wollen wir diese Vorteile speziell auf das Design flexibler Schaltungen anwenden.

Wenn wir einen Schritt zurücktreten, lassen Sie uns flexible Laminate überprüfen.  Hersteller kaufen in der Regel flexibles Laminat, das aus einer Schicht gewalztem, geglühtem oder elektrodeponiertem Kupfer auf einer oder beiden Seiten des Dielektrikums besteht.  Die gängigsten Dielektrika sind Polyimid, LCP und Polyester.  Polyimid und LCP werden oft für medizinische Anwendungen ausgewählt.  

Leiterplattenhersteller ätzen dann das überschüssige Kupfer weg, um das gewünschte Schaltungsmuster zu bilden.  Das ist eine stark vereinfachte Erklärung, und ich stelle mir vor, dass meine Freunde, die PCB-Hersteller sind, mich darauf hinweisen werden!  Um die Wahrheit zu sagen, ist die Herstellung mit flexiblen Materialien viel herausfordernder als mit starren Materialien.  Das Handling einer dünnen Schicht flexiblen Materials erfordert spezialisierte Prozesse und eine strenge Prozesskontrolle.  Daher sind Designer in der Regel auf eine 75-Mikron (3-Mil) Leiterbahn- und Abstandsbreite beschränkt und bei einigen Herstellern sind sogar die 75-Mikron-Featuregrößen ein Kostenfaktor.

Was wäre, wenn Sie diese Featuregrößenbegrenzung auf 25 Mikron oder sogar darunter drücken könnten?  

Heute haben Hersteller nun die Möglichkeit, halbadditive Verfahren anzuwenden, und ein spezielles Verfahren, der A-SAP™-Prozess, bietet spezifische Vorteile für den medizinischen Markt. Der A-SAP™-Prozess beginnt ebenfalls mit einem kupferkaschierten Laminat, aber der erste Schritt besteht darin, das Kupfer vollständig zu entfernen. Anschließend wird eine dünne Schicht chemisch abgeschiedenes Kupfer aufgetragen, der Fotolack wird aufgebracht und strukturiert, die Leiterbahnmuster werden dann elektrolytisch verstärkt, der Fotolack wird entfernt und das chemisch abgeschiedene Kupfer wird dann weggeätzt, wobei das gewünschte Schaltungsmuster zurückbleibt. Das bedeutende Ergebnis dieses Prozesses ist, dass Leiterplattenhersteller nun flexible Schaltungen mit Merkmalsgrößen von 25 oder sogar 15 Mikron anbieten können, abhängig von ihrer Ausrüstung.

Dieser Prozess ermöglicht es Leiterplattendesignern, die Vorteile flexibler Schaltungen noch weiter auszuschöpfen, insbesondere wenn es darum geht, Platz und Gewicht zu reduzieren und Biokompatibilität zu erreichen.

Die Reduzierung von Platz und Gewicht kann auf verschiedene Weisen betrachtet werden. Das Erste, was einem wahrscheinlich in den Sinn kommt, ist die Verringerung des Gesamtabdrucks der flexiblen Schaltung. Die Verwendung von Leiterbahnen mit sogar 25 Mikron Breite stellt eine signifikante Änderung gegenüber den 75 Mikron dar, mit denen wir heute entwerfen, und könnte die Schaltung potenziell auf 1/3 ihrer aktuellen Größe schrumpfen lassen. Natürlich müssen wir auch Durchkontaktierungen usw. berücksichtigen, die nicht reduziert werden, aber selbst unter Berücksichtigung dieser Tatsache ist der Einfluss bedeutend.

Ein zweiter Gesichtspunkt ist die Möglichkeit, die Anzahl der Lagen zu reduzieren. In einigen Anwendungen, anstatt eine allgemeine Größenreduktion als Hauptantrieb zu haben, ermöglicht die Möglichkeit, mit diesen ultra-hochdichten Merkmalen zu entwerfen, dem PCB-Designer, die Gesamtanzahl der Lagen zu reduzieren, was einen signifikanten Vorteil für das Gewicht und die Flexibilität eines Designs haben kann.

Ein weiterer Weg, diese Merkmalsgrößen zu nutzen, besteht darin, die Möglichkeit zu betrachten, innerhalb des bestehenden Fußabdrucks mehr Funktionalität hinzuzufügen. Es gibt viele Optionen zu berücksichtigen!

Wenn der Fokus auf Biokompatibilität gelegt wird, ist der Leiterplattenhersteller, sobald das Kupferlaminat entfernt wurde, nicht mehr nur auf Kupfer als Leitermaterial beschränkt. Das leitfähige Metall könnte Gold, Platin oder andere Edelmetalle sein. Der Vorteil davon ist eine viel biokompatiblere Lösung, als bisher verfügbar war. Polyimid und LCP sind beide ausgezeichnete Wahlmöglichkeiten für Biokompatibilität und werden aus diesem Grund regelmäßig sowohl in medizinischen als auch in tragbaren Anwendungen verwendet. Beide Materialien wurden mit Gold- und Platinleitern getestet, und diese Kombination wird vom medizinischen Markt bereitwillig angenommen.

Diese neuen Fertigungstechniken verändern die Art und Weise, wie PCB-Designer komplexe Designprobleme angehen. Wenn Sie mehr über SAP-Prozesse erfahren möchten, werfen Sie bitte einen Blick auf einige unserer vorherigen Blogs. Wir haben die Grundlagen der SAP-Verarbeitung durchgegangen und uns kürzlich einige der wichtigsten Fragen zum Aufbau von gedruckten Schaltkarten angesehen; einige der "Designregeln" oder "Designrichtlinien", die sich nicht ändern, wenn man mit diesen ultra-hochdichten Feature-Größen arbeitet, erforscht; und den Designraum rund um die Möglichkeit der Nutzung dieser ultra-hochdichten Leiterbahnbreiten in den BGA-Fluchtbereichen und breiteren Leiterbahnen im Routingfeld erkundet. Der Vorteil ist eine Reduzierung der Schichtanzahl in den Schaltkreisen und die Sorge gilt der Aufrechterhaltung der 50-Ohm-Impedanz. Eric Bogatin hat kürzlich ein Whitepaper veröffentlicht, das genau diesen Vorteil und diese Sorge analysiert.