Miniaturizzazione dei circuiti flessibili e biocompatibilità con i processi SAP

I circuiti flessibili sono presenti da decenni e rappresentano uno dei segmenti in più rapida crescita del mercato delle schede a circuito stampato.  Immagino che a questo punto, la maggior parte dei progettisti di schede a circuito stampato esperti sia a conoscenza dei vantaggi dell'utilizzo della tecnologia dei circuiti flessibili:

• Risolve un problema di confezionamento
• Riduce spazio e peso necessari
• Riduce i costi di assemblaggio
• Facilita la flessione dinamica
• Gestione termica 
• Migliora l'estetica del prodotto
• Biocompatibilità 
• Aumenta l'affidabilità e diminuisce le possibilità di errore da parte dell'operatore

 
Come spingere ulteriormente questi vantaggi:

Oggi, voglio parlare di un altro strumento nella cassetta degli attrezzi che permette ai progettisti di schede a circuito stampato di spingere ulteriormente questi vantaggi.  Ho scritto diversi blog parlando dei processi PCB semi-additivi e della capacità di ora tracciare tracce e spazi a 25 micron (1 mil) e al di sotto.  (Includerò alcuni link alla fine di questo post sul blog).  Ora, applichiamo questi benefici specificamente al design dei circuiti flessibili.

Facciamo un passo indietro e rivediamo i laminati flessibili. I fabbricanti acquistano di solito laminato flessibile, che consiste in uno strato di rame arrotolato, ricotto o elettrodepositato, su uno o entrambi i lati del dielettrico. I dielettrici più comuni sono poliimide, LCP e poliestere. Poliimide e LCP sono spesso scelti per applicazioni mediche.

I fabbricanti di schede a circuito stampato rimuovono poi il rame non necessario, formando il disegno del circuito desiderato. Questa è una spiegazione estremamente semplificata e immagino che i miei amici fabbricanti di PCB mi faranno sapere ciò! La verità è che lavorare con materiali flessibili è molto più sfidante rispetto ai materiali rigidi. Gestire uno strato sottile di materiale flessibile richiede processi specializzati e un controllo del processo molto stretto. Di conseguenza, i progettisti sono tipicamente limitati a una traccia e spazio di 75 micron (3 mil) e in alcuni fabbricanti, anche le dimensioni delle caratteristiche di 75 micron sono un costo aggiuntivo.

E se poteste spingere quel limite di dimensione delle caratteristiche a 25 micron, o anche meno?

Oggi, i fabbricatori hanno ora l'opzione di eseguire processi semi-additivi, e un particolare processo, il processo A-SAP™ presenta vantaggi specifici per il mercato medico. Il processo A-SAP™ inizia anche con un laminato rivestito di rame, ma il primo passo è rimuovere completamente il rame. Viene quindi applicato uno strato sottile di rame elettroless, il fotoresist viene applicato e modellato, i modelli di traccia vengono poi placcati elettroliticamente, il fotoresist viene rimosso, e il rame elettroless viene poi inciso via lasciando il disegno del circuito desiderato. Il risultato significativo di questo processo è che i fabbricatori di PCB possono ora fornire circuiti flessibili con dimensioni delle caratteristiche di 25 o addirittura 15 micron a seconda del loro set di attrezzature.

Questo processo permette ai progettisti di circuiti stampati di spingere ulteriormente i vantaggi dei circuiti flessibili, in particolare quando si guarda alla riduzione di spazio e peso e alla biocompatibilità.

Ridurre spazio e peso può essere considerato in diversi modi. La prima cosa che probabilmente viene in mente è ridurre l'impronta complessiva del circuito flessibile. Cablare con linee anche di 25 micron rappresenta un cambiamento significativo rispetto ai 75 micron con cui stiamo progettando oggi e potrebbe potenzialmente ridurre il circuito a 1/3 delle sue dimensioni attuali. Ovviamente, dobbiamo anche considerare le vie, ecc., che non verranno ridotte, ma anche tenendo conto di questo il impatto è significativo.

Una seconda considerazione è la capacità di ridurre il numero di strati. In alcune applicazioni, piuttosto che avere una riduzione delle dimensioni complessive come principale motore, la capacità di cablare con queste caratteristiche ad altissima densità permette al progettista PCB di ridurre il numero complessivo di strati, il che può avere un beneficio significativo sul peso e sulla flessibilità di un progetto.

Un altro modo di considerare l'applicazione di queste dimensioni delle caratteristiche è considerare l'opportunità di aggiungere più funzionalità all'interno dell'impronta esistente. Ci sono molte opzioni da considerare!

Passando il focus alla biocompatibilità, una volta rimosso il laminato di rame, il fabbricante di circuiti stampati non è più limitato solo al rame come conduttore.  Il metallo conduttivo potrebbe essere oro, platino o altri metalli nobili.  Il vantaggio è che questa soluzione è molto più biocompatibile di quanto non sia stato disponibile in precedenza.  Polimide e LCP sono entrambe scelte eccellenti per la biocompatibilità e sono regolarmente utilizzate per questo motivo sia in applicazioni mediche che indossabili.  Entrambi i materiali sono stati testati con conduttori in oro e platino e questa combinazione sta venendo rapidamente adottata dal mercato medico.

Queste nuove tecniche di fabbricazione stanno cambiando il modo in cui i progettisti di PCB affrontano la risoluzione di problemi di design complessi.  Se sei interessato ad approfondire i processi SAP, ti invitiamo a consultare alcuni dei nostri blog precedenti.  Abbiamo trattato le nozioni di base sui processi SAP, e di recente abbiamo esaminato alcune delle domande più frequenti relative allo stack-up del circuito stampato; esplorato alcune delle "regole di design" o "linee guida di progettazione" che non cambiano quando si progetta con queste dimensioni delle caratteristiche ad altissima densità; e abbiamo esplorato lo spazio di design attorno alla possibilità di utilizzare queste larghezze di traccia del circuito ad altissima densità nelle regioni di fuga BGA e tracce più larghe nel campo di routing.  Il vantaggio è una riduzione degli strati del circuito e la preoccupazione è mantenere un'impedenza di 50 ohm.  Eric Bogatin ha recentemente pubblicato un white paper che analizza proprio questo vantaggio e questa preoccupazione.