Benefícios Ampliados: Circuitos Flexíveis com Condutores Ultra-HDI

Às vezes, 2 + 2 NÃO é igual a 4, às vezes a combinação de duas tecnologias pode amplificar os benefícios de ambas para algo muito maior. O blog de hoje vai destacar a combinação do uso de materiais flexíveis e tamanhos de recursos ultra-HDI, especificamente, trilhas e espaços que são menores que 50 microns e, de fato, agora estão sendo produzidos nos Estados Unidos com trilhas e espaços de 20 microns usando equipamentos tradicionais de fabricação de placas de circuito impresso.

Quais são os benefícios de usar a construção de circuitos flexíveis?

• Resolve um problema de embalagem: O material pode ser dobrado e enrolado em cantos, fornecer conexão em 3 eixos e não tem peças discretas. Componentes eletrônicos e elementos funcionais podem ser colocados na posição ideal dentro do produto, com o circuito flexível podendo ser dobrado, enrolado e formado para fazer as conexões. É aqui que a imaginação é desafiada!
• Redução de espaço e peso necessários:  Circuitos flexíveis podem eliminar conexões volumosas de fios e solda e, dependendo dos componentes e da estrutura, podem economizar até 60% em peso e espaço, reduzindo significativamente o tamanho do pacote.  Materiais flexíveis também proporcionam um perfil mais baixo do que as soluções tradicionais de placas rígidas.
• Biocompatibilidade:  Materiais de poliimida são uma excelente escolha para biocompatibilidade e são regularmente usados por essa razão tanto em aplicações médicas quanto em dispositivos vestíveis.  Tecnologia avançada também pode substituir condutores de cobre por condutores de ouro, oferecendo uma opção totalmente biocompatível.
• Redução dos custos de montagem:  Substituir fios e cabos volumosos reduz ou elimina a fiação.  Isso reduz não apenas os custos de mão de obra de montagem, mas também o custo dos fios, o custo de gerar múltiplos pedidos de compra, recebimento e inspeção, e preparação. 
• Facilita a flexão dinâmica:  Circuitos flexíveis, quando devidamente projetados, podem suportar milhões de flexões. Discos rígidos são um exemplo comum com 10’s – 100’s de milhões de ciclos de flexão.  Outro bom exemplo são as dobradiças em nossos laptops.  Essas flexões suportarão 10’s de milhares de flexões ao longo da vida útil de nossos computadores.
• Gerenciamento térmico:  Materiais de poliimida são capazes de suportar aplicações de alta temperatura e poliimida fina dissipa calor muito melhor do que materiais mais espessos e menos condutores térmicos. 

Quais são os benefícios do Ultra-HDI?

Primeiro, como este é um termo relativamente novo, a definição de Ultra-HDI, segundo o grupo de trabalho recentemente estabelecido pela IPC, é um design que inclui um ou mais dos seguintes parâmetros:

• Largura de linha abaixo de 50 microns
• Espaçamento abaixo de 50 microns
• Espessura dielétrica abaixo de 50 microns
• Diâmetro de microvia abaixo de 75 microns

Atualmente, o Ultra-HDI está sendo oferecido por fabricantes de PCB com traços de circuito e espaçamento tão apertados quanto 20 micron e espera-se que 12,5 micron esteja disponível ainda este ano.  

Mesmo que não levemos o limite até 12,5 micron, usar um traço e espaço de 25 micron tem vários benefícios:

• Redução drástica de tamanho e peso em relação ao estado da arte atual.
• Redução no número de camadas, microvias e ciclos de laminação – para maior confiabilidade.
• Espaçamento apertado e controle de impedância (< 5%) para todas as larguras de linha, a partir de 15 microns e acima
• Relações de aspecto maiores que 1:1 para trilhas metálicas – para melhor integridade de sinal
• O desempenho RF é melhor do que os processos tradicionais de gravação subtrativa.
• Redução de custos - especialmente para placas complexas de alto desempenho.

2 + 2 nem SEMPRE é igual a 4

Olhando apenas para os primeiros dois ou três benefícios de cada tecnologia, pode-se ver os benefícios sobrepostos. Materiais flexíveis ajudam a resolver um problema de embalagem e REDUZEM GRANDEMENTE o tamanho e o peso.Tecnologia Ultra-HDI tem benefícios similares. Mudar de uma trilha de 75 microns para uma de 25 microns permite ao projetista de placas de circuito impresso reduzir significativamente o tamanho geral da placa de circuito flexível ou reduzir o número de camadas de roteamento necessárias para fazer conexões.

Não acho que seja nenhum exagero imaginar os benefícios significativos para o tamanho e peso ao incorporar tanto materiais flexíveis quanto tamanhos de recursos ultra-HDI, substituindo materiais rígidos tradicionais com trilhas de circuito e espaços criados com tecnologia de gravação subtrativa.

Bônus:  Se o processo A-SAP™ for selecionado para criar as características Ultra-HDI, esse processo é realizado pela remoção de todo o cobre e adição de metal para criar o padrão condutor.  Materiais de Poliimida e LCP são frequentemente selecionados por razões de Bio-compatibilidade.  O A-SAP™ pode criar padrões condutores com ouro e outros metais nobres eliminando todo o cobre e níquel do processo, criando uma solução biocompatível única.

Essas técnicas ultra-HDI estão mudando a maneira como os projetistas de PCBs veem a solução de problemas de design complexos.  Se você tem interesse em aprender mais sobre processos SAP, por favor, consulte alguns de nossos blogs anteriores.  Nós abordamos desde o básico do processamento SAP, recentemente examinamos algumas das principais questões relacionadas à estrutura de camadas da placa de circuito impresso  e exploramos o espaço de design em torno da possibilidade de utilizar essas larguras de trilhas de circuito de alta densidade nas regiões de escape BGA e trilhas mais largas no campo de roteamento. O benefício é uma redução nas camadas de circuito e a preocupação é manter a impedância de 50 ohms. Eric Bogatin recentemente publicou um white paper analisando justamente esse benefício e preocupação.

Por favor, entre em contato com suas perguntas sobre a tecnologia Ultra-HDI ou circuitos flexíveis!