Miniaturización de Circuitos Flexibles y Biocompatibilidad con Procesos SAP

Los circuitos flexibles existen desde hace décadas y son uno de los segmentos de más rápido crecimiento en el mercado de placas de circuito impreso.  Imagino que en este punto, la mayoría de los diseñadores de placas de circuito impreso con experiencia están al tanto de los beneficios de utilizar la tecnología de circuitos flexibles:

• Soluciona un problema de empaquetado
• Reduce el espacio y peso necesarios
• Reduce los costos de ensamblaje
• Facilita el flexionado dinámico
• Gestión térmica 
• Mejora la estética del producto
• Biocompatibilidad 
• Aumenta la fiabilidad y disminuye la oportunidad de error por parte del operador

 
Cómo aprovechar aún más estas ventajas:

Hoy, quiero hablar sobre otra herramienta en la caja de herramientas que permite a los diseñadores de placas de circuito impreso aprovechar aún más estas ventajas.  He escrito varios blogs hablando sobre los procesos semiaditivos de PCB y la capacidad de ahora trazar pistas y espacios a 25 micrones (1 mil) y por debajo.  (Incluiré algunos enlaces al final de esta entrada de blog).  Ahora, apliquemos esos beneficios específicamente al diseño de circuitos flexibles.

Dando un paso atrás rápidamente, revisemos los laminados flexibles. Los fabricantes suelen comprar laminado flexible, que consiste en una capa de cobre laminado en frío o electrodepositado en uno o ambos lados del dieléctrico. Los dieléctricos más comunes son poliimida, LCP y poliéster. La poliimida y el LCP a menudo se seleccionan para aplicaciones médicas.

Los fabricantes de placas de circuito impreso luego eliminan el cobre no necesario formando el patrón de circuito deseado. Esa es una explicación extremadamente simplificada y me imagino que mis amigos fabricantes de PCB me harán saber eso. Dicho sea de paso, fabricar con materiales flexibles es mucho más desafiante que con materiales rígidos. Manejar una capa delgada de material flexible requiere procesos especializados y un control de proceso estricto. Como resultado, los diseñadores generalmente están limitados a un trazo y espacio de 75 micrones (3 mil) y en algunos fabricantes, incluso las características de tamaño de 75 micrones son un adicional de costo.

¿Y si pudieras empujar ese límite de tamaño de característica a 25 micrones, o incluso menos?  

Hoy en día, los fabricantes tienen la opción de ejecutar procesos semiaditivos, y un proceso en particular, el proceso A-SAP™ tiene ventajas específicas para el mercado médico. El proceso A-SAP™ también comienza con un laminado revestido de cobre, pero el primer paso es eliminar completamente el cobre. Luego se aplica una delgada capa de cobre electroless, se aplica y patróna el fotorresistente, los patrones de trazas se platean electrolíticamente, se elimina el fotorresistente y luego se graba el cobre electroless dejando el patrón de circuito deseado. El resultado significativo de este proceso es que los fabricantes de PCB ahora pueden proporcionar circuitos flexibles con tamaños de características de 25 o incluso 15 micrones, dependiendo de su conjunto de equipos.

Este proceso permite a los diseñadores de circuitos impresos aprovechar aún más las ventajas de los circuitos flexibles, específicamente cuando se trata de reducir espacio y peso y la biocompatibilidad.

Reducir el espacio y el peso se puede considerar de varias maneras.  Lo primero que probablemente viene a la mente es reducir la huella total del circuito flexible.  El enrutamiento con líneas de incluso 25 micrones es un cambio significativo de los 75 micrones con los que estamos diseñando hoy y podría potencialmente reducir el circuito a 1/3 de su tamaño actual.  Por supuesto, también tenemos que tener en cuenta las vías, etc., que no se reducirán, pero incluso teniendo eso en cuenta, el impacto es significativo.  

Una segunda consideración es la capacidad de reducir el número de capas.  En algunas aplicaciones, en lugar de que la reducción del tamaño total sea el principal impulsor, la capacidad de enrutamiento con estas características de ultra alta densidad permite al diseñador de PCB reducir el número total de capas, lo que puede tener un beneficio significativo para el peso y la flexibilidad de un diseño.

Otra manera de considerar la aplicación de estos tamaños de características es considerar la oportunidad de agregar más funcionalidad dentro de la huella existente.  ¡Hay muchas opciones a considerar!

Cambiando el enfoque a la biocompatibilidad, una vez que se elimina el laminado de cobre, el fabricante de placas de circuito impreso ya no está limitado solo al cobre como conductor.  El metal conductor podría ser oro, platino u otros metales nobles.  La ventaja de esto es que se trata de una solución mucho más biocompatible de lo que ha estado disponible anteriormente.  El poliimida y el LCP son ambas excelentes opciones para la biocompatibilidad y se utilizan regularmente por esa razón en aplicaciones médicas y de dispositivos portables.  Ambos materiales han sido probados con conductores de oro y platino y esta combinación está siendo adoptada rápidamente por el mercado médico.

Estas nuevas técnicas de fabricación están cambiando la forma en que los diseñadores de PCB abordan la resolución de problemas de diseño complejos.  Si estás interesado en aprender más sobre los procesos SAP, por favor consulta algunos de nuestros blogs anteriores.  Hemos revisado los conceptos básicos del procesamiento SAP, y recientemente analizamos algunas de las preguntas más frecuentes relacionadas con el apilamiento de placas de circuito impreso; exploramos algunas de las “reglas de diseño” o “directrices de diseño” que no cambian al diseñar con estos tamaños de características de ultra-alta densidad; y exploramos el espacio de diseño en torno a la posibilidad de utilizar estos anchos de traza de circuito de ultra-alta densidad en las regiones de escape BGA y trazas más anchas en el campo de enrutamiento.  El beneficio es una reducción en las capas del circuito y la preocupación es mantener la impedancia de 50 ohmios.  Eric Bogatin recientemente publicó un documento técnico analizando justo este beneficio y preocupación.