PCBs mit Gold-Leiterbahnen und Leitern, jetzt auf flexiblen Materialien

Tara Dunn
|  Created: August 13, 2020  |  Updated: November 25, 2020
PCBs mit Gold-Leiterbahnen und Leitern, jetzt auf flexiblen Materialien

Einer der vielen Vorteile von flexiblem Polyimid-Material ist seine Biokompatibilität, die in vielen Anwendungen der medizinischen Elektronik entscheidend ist. Die Verwendung einer Leiterplatte mit Gold-Leiterbahnen und Goldleitern auf Polyimid anstelle von Kupferleitern bietet eine vollständig biokompatible Option. Moment mal, was? Goldleiter, nicht goldbeschichtete Kupferleiter? Ja!

Erst kürzlich merkte jemand an, dass es erheblicher Anstrengungen und Internetrecherchen bedarf, um einen Hersteller zu finden, der Goldleiter auf Polyimid herstellen kann. Das macht Sinn. Traditionelle subtraktive Ätzverfahren beginnen mit einem Polyimid/Kupfer-Laminat und ätzen das nicht benötigte Kupfer weg, um das Schaltungsmuster zu erzeugen. Die Chemikalien, die diese Prozesse ermöglichen, sind speziell für Kupfer formuliert, und bei den meisten Herstellern was dies lange Zeit das einzige Metall, das für Schaltungen zur Verfügung stand. Mit der Einführung additiver oder semi-additiver PCB-Herstellungsverfahren in der Industrie können die Hersteller heute jedoch Schaltungen mit viel feineren Merkmalen herstellen, und die Möglichkeit, Goldleiter herzustellen, wird deutlich einfacher.

A-SAP™: Semi-additive Herstellung einer Leiterplatte mit Gold-Leiterbahnen

Lassen Sie uns einen Schritt zurückgehen und einen Blick auf die A-SAP™-Technologie und die Funktionsweise eines semi-additiven Herstellungsverfahrens werfen. Wie der Name schon andeutet, wird die Schaltung dem Laminat "hinzugefügt" und nicht durch "Subtraktion" des Kupfers vom Laminat erzeugt. Ausgehend von einem traditionellen Polyimid/Kupfer-Laminat wird das Kupfer auf der Platte VOLLSTÄNDIG weggeätzt, so dass das blanke Laminat übrigbleibt. LMI™ (flüssige Metalltinte) wird dann auf das Laminat aufgetragen. Sobald diese ausgehärtet ist, wird eine extrem dünne Schicht stromloses Kupfer auf das Paneel aufgetragen. Dann wird ein Fotolack aufgetragen, und Fotolithografietechniken definieren das Schaltungsmuster. Elektrolytkupfer baut die Leiterbahnen in der erforderlichen Dicke, und eine Blitzätzung entfernt die verbleibende sehr dünne stromlose Kupferschicht. Die Paneele folgen dann den gleichen Prozessschritten, wie die durch subtraktives Ätzen bearbeiteten Paneele, um den Standard-PCB-Herstellungsprozess abzuschließen.

Dieses Verfahren wird seit kurzem an Leiterplattenhersteller lizenziert, die daran interessiert sind, die steigende Marktnachfrage nach Leiterplatten mit sehr feinen Strukturgrößen zu befriedigen. A-SAP™ ermöglicht es Designern und Herstellern, mit Leiterbahnbreiten und -abständen von nur 15 Mikrometern zu arbeiten, was die Routing- und Herstellungsprozesse erheblich vereinfachen kann. Bei Designbeschränkungen bei 75 Mikrometern, der üblichen Beschränkung für die subtraktive Ätzverarbeitung, war ein Designer beispielsweise gezwungen, den Weg über 12 Lagen, gestapelte Microvias und drei Laminierungszyklen zu gehen. Dieses Design ist äußerst komplex, hat oft geringere Erträge und ist mit erheblich höheren Kosten verbunden. Dasselbe Design wurde mit 25 Mikron-Leiterbahnen und -abständen neu durchdacht, was zu einem viel einfacheren Design führte. Vier subtraktive Ätzschichten wurden mit vier A-SAP™ Schichten kombiniert, wodurch die Gesamtzahl der Schichten auf 8 und die erforderliche Anzahl der Laminierungszyklen von 3 auf 1 reduziert wurde.

PCB gold traces fabrication
Dieses Bild zeigt beispielhaft Gold-Leiterbahnen, die mit dem A-SAP™-Verfahren hergestellt werden können.

Diese Technologie ist relativ neu auf dem kommerziellen Markt, und viele sind begeistert von den Möglichkeiten, die sich daraus für das PCB-Design ergeben: kleinerer Formfaktor, reduzierte Lagenzahl, geringere Abhängigkeit von gestapelten Microvias und erhöhte Funktionalität innerhalb einer festgelegten Schaltungsgröße.

Gold auf flexiblem Polyimid

Dazu kommt die Möglichkeit, sehr feine Strukturgrößen zu bilden und komplexe Routing-Anforderungen zu vereinfachen. Da bei diesem semi-additiven Ansatz das Kupfer vollständig von dem Laminat entfernt wird, sind flexible Schaltungsdesigns mit Polyimid-Dielektrikum nicht mehr an Kupferleiter gebunden. PCB-Leiterbahnen aus Platin, Palladium, Nickel, Silber und Gold sind möglich. Haben Sie eine Anwendung, die von den Eigenschaften eines dieser Metalle profitieren könnte? Bringt das Ihre Phantasie in Schwung? Ich hoffe es. Dies ist eine aufregende neue Entwicklung!

Die Duke University hat eine Studie über die Verwendung von Goldleitern und Polyimid bei der Anwendung einer neuronalen Sonde veröffentlicht. Mehrere Materialkombinationen wurden in die Studie aufgenommen, zwei Kombinationen aus Polyimid, Kupferleiter und ENIG, LCP mit Goldleitern und Polyimid mit Goldleitern. Die Kombination von Polyimid mit Goldleitern übertraf die anderen Optionen bei weitem.

PCB gold traces on polyimide
Polyimid-PCB mit Goldleitern für flexible Elektronik.

Das A-SAP™-Verfahren ist kompatibel mit PCB-Herstellungstechniken und wird von Herstellern lizenziert. Die wahre Stärke hinter A-SAP™ ist die Fähigkeit, kleine Strukturgrößen bis zu 15 Mikrometern zu formen. Die beste Art und Weise, diese Technologie anzuwenden, besteht darin, sich ständig mit ihr weiterzuentwickeln, während die Industrie beginnt, die Technologie zu nutzen und bewährte Verfahren zu definieren. Mein bester Rat für die Arbeit mit A-SAP™ lautet: Arbeiten Sie mit Ihrem Hersteller von Anfang bis Ende des Designprozesses zusammen. Mit sehr wenigen "Designregeln" stellt dieser kooperative Ansatz sicher, dass die Verwendung von A-SAP™ in Ihrem Fertigungsablauf kosteneffektiv ist.

Der zusätzliche Vorteil dieses neuen Verfahrens ist die Möglichkeit, das für Schaltungen verwendete leitende Metall zu überdenken. Es ist etwas, das gerade erst beginnt, in einer kommerziellen Umgebung und nicht nur im Labor erforscht zu werden. Ich kann mir gut vorstellen, dass der klare Vorteil von Gold auf Polyimid für die Biokompatibilität etwas ist, das immer mehr medizinische Anwendungen erforschen werden, wenn sich die Technologie weiterentwickelt und kommerzielle Kapazitäten verfügbar sind. Wie bei den feinen Strukturgrößen sollten Sie während des gesamten Designprozesses mit Ihrem Hersteller zusammenarbeiten. Sowohl Designer als auch Hersteller werden mit diesen neuen Fähigkeiten eine Lernkurve durchlaufen. Dies ist ein guter Zeitpunkt, um noch mehr Kreativität in den Designprozess einzubringen und die Vorteile von PCBs mit Goldleitern zu nutzen.

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Tara ist eine anerkannte Branchenexpertin mit mehr als 20 Jahren Berufserfahrung in der Zusammenarbeit mit: PCB-Ingenieuren, Designern, Herstellern, Beschaffungsorganisationen und Anwendern von Leiterplatten. Ihre Fachkenntnisse liegen in den Bereichen Flex und Starrflex, Additivtechnologie und Schnelldrehungsprojekte. Sie ist eine der besten Ressourcen der Branche, um sich auf ihrer technischen Referenzseite PCBadvisor.com schnell über eine Reihe von Themen zu informieren. Sie trägt regelmäßig als Rednerin zu Branchenveranstaltungen bei, schreibt eine Kolumne in der Zeitschrift PCB007.com und ist Gastgeberin von Geek-a-palooza.com. Ihr Unternehmen Omni PCB ist bekannt für seine Reaktion am selben Tag und die Fähigkeit, Projekte auf der Grundlage einzigartiger Spezifikationen zu erfüllen: Vorlaufzeit, Technologie und Volumen.

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