Miniaturização de Circuitos Flexíveis e Biocompatibilidade com Processos SAP

Circuitos flexíveis existem há décadas e são um dos segmentos que mais crescem no mercado de placas de circuito impresso.  Imagino que, neste momento, a maioria dos projetistas de placas de circuito impresso experientes esteja ciente dos benefícios de usar a tecnologia de circuito flexível:

• Resolve um problema de embalagem
• Reduzindo espaço e peso necessários
• Redução dos custos de montagem
• Facilita a flexão dinâmica
• Gestão térmica 
• Melhora a estética do produto
• Biocompatibilidade 
• Aumento da confiabilidade e diminuição da oportunidade de erro do operador

 
Como potencializar ainda mais essas vantagens:

Hoje, quero falar sobre outra ferramenta na caixa de ferramentas que permite aos projetistas de placas de circuito impresso potencializar ainda mais essas vantagens.  Escrevi vários blogs falando sobre processos PCB semi-aditivos e a capacidade de agora traçar trilhas e espaços com 25 microns (1 mil) ou menos.  (Incluirei alguns links no final deste post no blog).  Agora, vamos aplicar esses benefícios especificamente ao design de circuitos flexíveis.

Dando um passo atrás para revisar, vamos falar sobre laminados flexíveis. Os fabricantes geralmente compram laminado flexível, que consiste em uma camada de cobre laminado a frio ou eletrodepositado em um ou ambos os lados do dielétrico. Os dielétricos mais comuns são poliimida, LCP e poliéster. Poliimida e LCP são frequentemente escolhidos para aplicações médicas. Os fabricantes de placas de circuito impresso então gravam o cobre desnecessário formando o padrão de circuito desejado. Essa é uma explicação extremamente simplificada e imagino que meus amigos fabricantes de PCB vão me corrigir! A verdade é que fabricar com materiais flexíveis é muito mais desafiador do que com materiais rígidos. Manusear uma camada fina de material flexível requer processos especializados e um controle de processo rigoroso. Como resultado, os designers geralmente estão limitados a um traço e espaço de 75 mícrons (3 mil) e, em alguns fabricantes, até mesmo os tamanhos de recursos de 75 mícrons são um adicional de custo. E se você pudesse aumentar esse limite de tamanho de recurso para 25 mícrons, ou até menos?Hoje, os fabricantes agora têm a opção de executar processos semi-aditivos, e um processo em particular, o processo A-SAP™ tem vantagens específicas para o mercado médico.  O processo A-SAP™ também começa com um laminado revestido de cobre, mas o primeiro passo é remover completamente o cobre.  Em seguida, uma fina camada de cobre eletroless é aplicada, o fotossensível é aplicado e padronizado, os padrões de trilha são então eletroliticamente revestidos, o fotossensível é removido, e o cobre eletroless é então gravado, deixando o padrão de circuito desejado.  O resultado significativo desse processo é que os fabricantes de PCB agora podem fornecer circuitos flexíveis com tamanhos de recursos de 25 ou até 15 microns, dependendo do seu conjunto de equipamentos.

Esse processo permite que os projetistas de circuitos impressos avancem ainda mais as vantagens dos circuitos flexíveis, especificamente ao olhar para a redução de espaço e peso e biocompatibilidade.

Reduzir espaço e peso pode ser visto de várias maneiras. A primeira coisa que provavelmente vem à mente é reduzir a pegada geral do circuito flexível. Roteamento com linhas de até 25 mícrons é uma mudança significativa dos 75 mícrons com os quais estamos projetando hoje e poderia potencialmente encolher o circuito para 1/3 do seu tamanho atual. Claro, também temos que levar em conta vias, etc., que não serão reduzidas, mas mesmo com isso considerado, o impacto é significativo.

Uma segunda consideração é a capacidade de reduzir a contagem de camadas. Em algumas aplicações, ao invés de ter uma redução do tamanho geral como o principal motor, a capacidade de rotear com essas características de ultra-alta densidade permite ao projetista de PCB reduzir o número total de camadas, o que pode ter um benefício significativo para o peso e flexibilidade de um design.

Outra maneira de considerar a aplicação desses tamanhos de recursos é considerar a oportunidade de adicionar mais funcionalidades dentro da pegada existente. Há muitas opções a considerar!

Mudando o foco para a biocompatibilidade, uma vez removido o laminado de cobre, o fabricante da placa de circuito impresso não está mais limitado apenas ao cobre como condutor. O metal condutor pode ser ouro, platina ou outros metais nobres. O benefício disso é ser uma solução muito mais biocompatível do que as que estavam disponíveis anteriormente. Poliimida e LCP são ambas escolhas excelentes para biocompatibilidade e são regularmente usadas por esse motivo tanto em aplicações médicas quanto em dispositivos vestíveis. Ambos os materiais foram testados com condutores de ouro e platina e essa combinação está sendo prontamente adotada pelo mercado médico.

Estas novas técnicas de fabricação estão mudando a maneira como os projetistas de PCBs encaram 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 os princípios básicos do processamento SAP, e recentemente examinamos algumas das principais perguntas relacionadas à estrutura de camadas da placa de circuito impresso; exploramos algumas das “regras de design” ou “diretrizes de design” que não mudam ao projetar com esses tamanhos de recursos de ultra-alta densidade; e exploramos o espaço de design em torno da possibilidade de utilizar essas larguras de trilhas de circuito de ultra-alta densidade nas regiões de escape BGA e trilhas mais largas no campo de roteamento.  O benefício é uma redução nas camadas do circuito e a preocupação é manter a impedância de 50 ohms.  Eric Bogatin recentemente publicou um white paper analisando justamente esse benefício e preocupação.