Miniaturyzacja obwodów elastycznych i biokompatybilność z procesami SAP

Obwody elastyczne istnieją od dziesięcioleci i są jednym z najszybciej rozwijających się segmentów rynku płytek drukowanych.  Wyobrażam sobie, że w tym momencie większość doświadczonych projektantów płytek drukowanych zdaje sobie sprawę z korzyści płynących z wykorzystania technologii obwodów elastycznych:

• Rozwiązuje problem opakowania
• Zmniejsza potrzebną przestrzeń i wagę
• Zmniejszone koszty montażu
• Ułatwia dynamiczne zginanie
• Zarządzanie temperaturą 
• Poprawia estetykę produktu
• Biokompatybilność 
• Zwiększona niezawodność i zmniejszone ryzyko błędu operatora

 
Jak jeszcze bardziej wykorzystać te zalety:

Dzisiaj chcę porozmawiać o kolejnym narzędziu w arsenale, które pozwala projektantom płytek drukowanych jeszcze bardziej wykorzystać te zalety.  Napisałem kilka blogów na temat półdodatkowych procesów PCB i możliwości trasowania ścieżek i odstępów na poziomie 25 mikronów (1 mil) i poniżej.  (Dołączę kilka linków na końcu tego wpisu na blogu).  Teraz zastosujmy te korzyści specjalnie do projektowania obwodów elastycznych.

Cofając się o krok, przyjrzyjmy się elastycznym laminatom.  Producenci zwykle kupują elastyczny laminat, który składa się z warstwy walcowanego, wyżarzanego lub elektroosadzonego miedzi po jednej lub obu stronach dielektryka.  Najczęściej stosowanymi dielektrykami są poliimid, LCP i poliester.  Poliimid i LCP często wybierane są do zastosowań medycznych.  

Producenci płyt drukowanych następnie usuwają niepotrzebną miedź, tworząc pożądany wzór obwodu.  To bardzo uproszczone wyjaśnienie i wyobrażam sobie, że moi przyjaciele produkujący PCB dadzą mi znać o tym!  Prawda jest taka, że produkcja z materiałów elastycznych jest znacznie bardziej wymagająca niż z materiałów sztywnych.  Obsługa cienkiej warstwy materiału elastycznego wymaga specjalistycznych procesów i ścisłej kontroli procesu.  W rezultacie, projektanci są zwykle ograniczeni do śladu i odstępu 75 mikronów (3 mil), a w niektórych zakładach produkcyjnych nawet rozmiary cech 75 mikronów są dodatkowo płatne.

Co by było, gdybyś mógł przesunąć ten limit rozmiaru cechy do 25 mikronów, a nawet poniżej?  

Dzisiaj producenci mają możliwość stosowania procesów póładdycyjnych, a jeden z nich, proces A-SAP™, ma szczególne zalety dla rynku medycznego. Proces A-SAP™ również rozpoczyna się od laminatu pokrytego miedzią, ale pierwszym krokiem jest całkowite usunięcie miedzi. Następnie nakładana jest cienka warstwa miedzi bezprądowej, aplikowany i wzorcowany jest fotorezyst, wzory ścieżek są następnie pokrywane elektrolitycznie, fotorezyst jest usuwany, a miedź bezprądowa jest następnie trawiona, pozostawiając pożądany wzór obwodu. Znaczącym wynikiem tego procesu jest to, że producenci PCB mogą teraz dostarczać elastyczne obwody o rozmiarach elementów wynoszących 25, a nawet 15 mikronów, w zależności od zestawu ich sprzętu.

Ten proces pozwala projektantom obwodów drukowanych jeszcze bardziej wykorzystać zalety obwodów elastycznych, szczególnie przy redukcji przestrzeni i wagi oraz biokompatybilności.

Zmniejszenie przestrzeni i wagi można rozpatrywać na wiele sposobów. Pierwszą rzeczą, która prawdopodobnie przychodzi na myśl, jest zmniejszenie ogólnego rozmiaru elastycznego obwodu. Trasowanie nawet 25-mikronowymi liniami to znacząca zmiana w porównaniu do 75 mikronów, z którymi projektujemy dzisiaj i mogłoby potencjalnie zmniejszyć obwód do 1/3 jego obecnego rozmiaru. Oczywiście musimy również wziąć pod uwagę przelotki itp., które nie zostaną zmniejszone, ale nawet z tym wliczonym wpływ jest znaczący.

Kolejną kwestią jest możliwość zmniejszenia liczby warstw. W niektórych zastosowaniach, zamiast czynienia redukcji ogólnego rozmiaru głównym celem, możliwość trasowania z wykorzystaniem tych ultrawysokich gęstości cech pozwala projektantowi PCB na zmniejszenie ogólnej liczby warstw, co może mieć znaczący wpływ na wagę i elastyczność projektu.

Jeszcze innym sposobem na wykorzystanie tych rozmiarów cech jest rozważenie możliwości dodania większej funkcjonalności w ramach istniejącego rozmiaru. Jest wiele opcji do rozważenia!

Przesuwając uwagę na biokompatybilność, po usunięciu laminatu miedzianego, producent płytek drukowanych nie jest już ograniczony tylko do miedzi jako przewodnika.  Metalem przewodzącym może być złoto, platyna lub inne szlachetne metale.  Korzyścią z tego jest znacznie bardziej biokompatybilne rozwiązanie, niż było to dostępne wcześniej.  Polimid i LCP to oba doskonałe wybory pod kątem biokompatybilności i są regularnie używane z tego powodu zarówno w aplikacjach medycznych, jak i noszonych.  Oba materiały zostały przetestowane z przewodnikami ze złota i platyny, i ta kombinacja jest chętnie przyjmowana przez rynek medyczny.

Te nowe techniki produkcji zmieniają sposób, w jaki projektanci PCB patrzą na rozwiązywanie skomplikowanych problemów projektowych. Jeśli jesteś zainteresowany dowiedzeniem się więcej o procesach SAP, zapoznaj się z kilkoma naszymi poprzednimi blogami. Przeanalizowaliśmy podstawy przetwarzania SAP, a ostatnio przyjrzeliśmy się niektórym z najważniejszych pytań związanych ze stosowaniem płytek drukowanych; zbadaliśmy niektóre z "zasad projektowania" lub "wytycznych projektowych", które nie zmieniają się podczas projektowania z użyciem ultra-wysokich gęstości cech; oraz zbadaliśmy przestrzeń projektową wokół możliwości wykorzystania tych ultra-wysokich gęstości szerokości ścieżek obwodów w regionach ucieczki BGA oraz szerszych ścieżek w polu trasowania. Korzyścią jest redukcja warstw obwodów, a obawą jest utrzymanie impedancji 50 omów. Eric Bogatin niedawno opublikował białą księgę analizującą właśnie tę korzyść i obawę.