Miniaturisation des circuits flexibles et biocompatibilité avec les processus SAP

Les circuits flexibles existent depuis des décennies et représentent l'un des segments à la croissance la plus rapide du marché des cartes de circuits imprimés.  Je suppose qu'à ce stade, la plupart des concepteurs de cartes de circuits imprimés expérimentés sont conscients des avantages de l'utilisation de la technologie des circuits flexibles :

• Résout un problème d'emballage
• Réduction de l'espace et du poids nécessaires
• Réduction des coûts d'assemblage
• Facilite le flexage dynamique
• Gestion thermique 
• Améliore l'esthétique du produit
• Biocompatibilité 
• Fiabilité accrue et diminution des risques d'erreur de l'opérateur

 
Comment pousser ces avantages encore plus loin :

Aujourd'hui, je souhaite parler d'un autre outil dans la boîte à outils qui permet aux concepteurs de cartes de circuits imprimés de pousser ces avantages encore plus loin.  J'ai écrit plusieurs blogs parlant des processus PCB semi-additifs et de la capacité de maintenant router les traces et les espaces à 25 microns (1 mil) et en dessous.  (Je vais inclure quelques liens à la fin de ce post de blog).  Appliquons maintenant ces avantages spécifiquement à la conception de circuits flexibles.

Faisons un pas en arrière pour revoir les laminés flexibles. Les fabricants achètent généralement du laminé flexible, qui se compose d'une couche de cuivre laminé à froid ou déposé par électrolyse sur une ou les deux faces du diélectrique. Les diélectriques les plus courants sont le polyimide, le LCP et le polyester. Le polyimide et le LCP sont souvent choisis pour les applications médicales.

Les fabricants de cartes de circuits imprimés gravent ensuite le cuivre inutile pour former le motif de circuit désiré. C'est une explication extrêmement simplifiée et j'imagine que mes amis fabricants de PCB me feront savoir cela ! En vérité, fabriquer avec des matériaux flexibles est bien plus difficile qu'avec des matériaux rigides. Manipuler une fine couche de matériau flexible nécessite des processus spécialisés et un contrôle de processus strict. En conséquence, les concepteurs sont généralement limités à une trace et un espacement de 75 microns (3 mils) et chez certains fabricants, même les tailles de caractéristiques de 75 microns sont un surcoût.

Et si vous pouviez repousser cette limite de taille de caractéristique à 25 microns, voire moins ?

Aujourd'hui, les fabricants ont désormais la possibilité d'utiliser des processus semi-additifs, et un processus en particulier, le processus A-SAP™ présente des avantages spécifiques pour le marché médical. Le processus A-SAP™ commence également avec un stratifié cuivré, mais la première étape consiste à retirer complètement le cuivre. Une fine couche de cuivre chimique est ensuite appliquée, le photoresist est appliqué et modelé, les motifs des pistes sont ensuite plaqués électrolytiquement, le photoresist est éliminé, et le cuivre chimique est ensuite gravé, laissant le motif de circuit désiré. Le résultat significatif de ce processus est que les fabricants de PCB peuvent désormais fournir des circuits flexibles avec des tailles de caractéristiques de 25 ou même 15 microns selon leur équipement.

Ce processus permet aux concepteurs de circuits imprimés de pousser encore plus loin les avantages des circuits flexibles, spécifiquement en ce qui concerne la réduction de l'espace et du poids et la biocompatibilité.

Réduire l'espace et le poids peut être envisagé de plusieurs manières. La première chose qui vient probablement à l'esprit est de réduire l'empreinte globale du circuit flexible. Le routage avec des lignes de même 25 microns représente un changement significatif par rapport aux 75 microns avec lesquels nous concevons aujourd'hui et pourrait potentiellement réduire le circuit à 1/3 de sa taille actuelle. Bien sûr, nous devons également prendre en compte les vias, etc., qui ne seront pas réduits, mais même en tenant compte de cela, l'impact est significatif.

Une deuxième considération est la capacité à réduire le nombre de couches. Dans certaines applications, plutôt que de faire de la réduction de taille globale le principal moteur, la capacité à router avec ces caractéristiques de très haute densité permet au concepteur de PCB de réduire le nombre total de couches, ce qui peut avoir un bénéfice significatif sur le poids et la flexibilité d'un design.

Encore une autre manière de considérer l'application de ces tailles de caractéristiques est de considérer l'opportunité d'ajouter plus de fonctionnalités dans l'empreinte existante. Il y a beaucoup d'options à envisager !

En se concentrant sur la biocompatibilité, une fois le stratifié de cuivre retiré, le fabricant de circuits imprimés n'est plus limité au cuivre comme conducteur. Le métal conducteur pourrait être de l'or, du platine ou d'autres métaux nobles. L'avantage est que cela représente une solution bien plus biocompatible que ce qui était disponible auparavant. Le polyimide et le LCP sont tous deux d'excellents choix pour la biocompatibilité et sont régulièrement utilisés pour cette raison dans les applications médicales et portables. Ces matériaux ont été testés avec des conducteurs en or et en platine et cette combinaison est rapidement adoptée par le marché médical.

Ces nouvelles techniques de fabrication changent la manière dont les concepteurs de PCB abordent la résolution de problèmes de conception complexes.  Si vous êtes intéressé par en savoir plus sur les processus SAP, veuillez consulter quelques-uns de nos blogs précédents.  Nous avons abordé les notions de base du traitement SAP, et avons récemment examiné certaines des principales questions liées à l'empilement des circuits imprimés ; exploré certaines des « règles de conception » ou « directives de conception » qui ne changent pas lors de la conception avec ces tailles de caractéristiques ultra-haute densité ; et exploré l'espace de conception autour de la possibilité d'utiliser ces largeurs de pistes de circuit ultra-haute densité dans les régions d'évasion BGA et des pistes plus larges dans le champ de routage.  L'avantage est une réduction du nombre de couches de circuits et la préoccupation est de maintenir une impédance de 50 ohms.  Eric Bogatin a récemment publié un livre blanc analysant précisément cet avantage et cette préoccupation.