Thu nhỏ Mạch Linh hoạt và Tính tương thích Sinh học với Quy trình SAP

Mạch linh hoạt đã xuất hiện từ hàng thập kỷ và là một trong những phân khúc phát triển nhanh nhất của thị trường bảng mạch in.  Tôi tưởng tượng vào thời điểm này, hầu hết các nhà thiết kế bảng mạch in có kinh nghiệm đều biết đến lợi ích của việc sử dụng công nghệ mạch linh hoạt:

• Giải quyết vấn đề đóng gói
• Giảm không gian và trọng lượng cần thiết
• Giảm chi phí lắp ráp
• Hỗ trợ uốn dẻo động
• Quản lý nhiệt 
• Cải thiện thẩm mỹ sản phẩm
• Tính tương thích sinh học 
• Tăng độ tin cậy và giảm cơ hội cho lỗi của người vận hành

 
Làm thế nào để đẩy những lợi ích này xa hơn nữa:

Hôm nay, tôi muốn nói về một công cụ khác trong bộ công cụ cho phép các nhà thiết kế bảng mạch in đẩy những lợi ích này xa hơn nữa.  Tôi đã viết vài blog nói về quy trình PCB bán cộng thêm và khả năng bây giờ có thể định tuyến khoảng cách và không gian ở mức 25 microns (1 mil) và thấp hơn.  (Tôi sẽ bao gồm một vài liên kết ở cuối bài đăng blog này).  Bây giờ, hãy áp dụng những lợi ích đó cụ thể cho thiết kế mạch linh hoạt.

Hãy bước lùi một bước nhanh chóng, chúng ta hãy xem lại về lớp phủ linh hoạt.  Các nhà sản xuất thường mua lớp phủ linh hoạt, bao gồm một lớp đồng được cán mềm hoặc phủ điện trên một hoặc cả hai bên của điện môi.  Các loại điện môi phổ biến nhất là polyimide, LCP và polyester.  Polyimide và LCP thường được chọn cho các ứng dụng y tế.  

Nhà sản xuất bảng mạch in sau đó sẽ ăn mòn đồng không cần thiết để tạo ra mẫu mạch mong muốn.  Đó là một giải thích quá đơn giản và tôi tưởng tượng bạn bè nhà sản xuất PCB của tôi sẽ cho tôi biết điều đó!  Thực sự, việc sản xuất với vật liệu linh hoạt khó khăn hơn nhiều so với vật liệu cứng.  Việc xử lý một lớp vật liệu linh hoạt mỏng đòi hỏi quy trình chuyên biệt và kiểm soát quy trình chặt chẽ.  Kết quả là, các nhà thiết kế thường bị giới hạn ở khoảng cách và đường dẫn 75 micron (3-mil) và ở một số nhà sản xuất, ngay cả kích thước đặc điểm 75 micron cũng là một yếu tố tăng chi phí.

Vậy nếu bạn có thể đẩy giới hạn kích thước đặc điểm xuống còn 25 micron, hoặc thậm chí thấp hơn?  

Ngày nay, các nhà sản xuất giờ đây có lựa chọn để thực hiện các quy trình bán cộng hóa, và một quy trình cụ thể, quy trình A-SAP™ có những ưu điểm nhất định đối với thị trường y tế. Quy trình A-SAP™ cũng bắt đầu với một tấm lớp phủ đồng, nhưng bước đầu tiên là loại bỏ hoàn toàn đồng. Sau đó, một lớp đồng không điện được áp dụng, photoresist được áp dụng và tạo mẫu, các mẫu dấu vết sau đó được mạ điện phân, photoresist được loại bỏ, và đồng không điện sau đó được ăn mòn để để lại mẫu mạch mong muốn. Kết quả đáng chú ý của quy trình này là các nhà sản xuất PCB giờ đây có thể cung cấp các mạch linh hoạt với kích thước đặc điểm là 25 hoặc thậm chí 15 microns tùy thuộc vào bộ thiết bị của họ.

Quy trình này cho phép các nhà thiết kế mạch in đẩy mạnh lợi ích của các mạch linh hoạt hơn nữa, cụ thể là khi xem xét giảm không gian và trọng lượng và tính tương thích sinh học.

Giảm không gian và trọng lượng có thể được xem xét theo nhiều cách. Điều đầu tiên có thể nghĩ đến là giảm tổng diện tích của mạch linh hoạt. Điều chỉnh với các đường dẫn chỉ 25 micron là một thay đổi đáng kể so với 75 micron mà chúng ta đang thiết kế ngày nay và có thể thu nhỏ mạch xuống còn 1/3 kích thước hiện tại. Tất nhiên, chúng ta cũng phải tính đến các vias, v.v., không được giảm, nhưng ngay cả khi đã tính đến, ảnh hưởng vẫn là đáng kể.

Một yếu tố cần xem xét thứ hai là khả năng giảm số lượng lớp. Trong một số ứng dụng, thay vì việc giảm kích thước tổng thể là yếu tố chính, khả năng điều chỉnh với các tính năng cực kỳ cao về mật độ cho phép nhà thiết kế PCB giảm tổng số lớp, điều này có thể mang lại lợi ích đáng kể cho trọng lượng và tính linh hoạt của thiết kế.

Một cách khác để xem xét áp dụng các kích thước tính năng này là xem xét cơ hội để thêm nhiều chức năng hơn trong diện tích hiện tại. Có rất nhiều lựa chọn để xem xét!

Chuyển hướng sang tính tương thích sinh học, một khi lớp laminate đồng được loại bỏ, nhà sản xuất bảng mạch in không còn bị giới hạn chỉ với đồng làm dẫn điện.  Kim loại dẫn điện có thể là vàng, bạch kim hoặc các kim loại quý khác.  Lợi ích của điều này là một giải pháp tương thích sinh học tốt hơn nhiều so với những gì đã có trước đây.  Polyimide và LCP đều là những lựa chọn xuất sắc về tính tương thích sinh học và thường xuyên được sử dụng vì lý do đó trong cả ứng dụng y tế và đeo được.  Cả hai loại vật liệu này đã được kiểm nghiệm với dẫn điện vàng và bạch kim và sự kết hợp này đang được thị trường y tế nhanh chóng chấp nhận.

Những kỹ thuật chế tạo mới này đang thay đổi cách các nhà thiết kế PCB nhìn nhận việc giải quyết các vấn đề thiết kế phức tạp.  Nếu bạn quan tâm đến việc tìm hiểu thêm về quy trình SAP, vui lòng tham khảo một số bài blog trước đây của chúng tôi.  Chúng tôi đã trải qua cơ bản về quy trình SAP, và gần đây đã xem xét một số câu hỏi hàng đầu liên quan đến cấu trúc lớp của bảng mạch in; khám phá một số "quy tắc thiết kế" hoặc "hướng dẫn thiết kế" không thay đổi khi thiết kế với những kích thước tính năng cực kỳ cao; và khám phá không gian thiết kế xung quanh khả năng sử dụng những bề rộng đường mạch cực kỳ cao này trong các khu vực thoát BGA và các đường rộng hơn trong lĩnh vực định tuyến.  Lợi ích là giảm bớt số lớp mạch và mối quan tâm là duy trì trở kháng 50-ohm.  Eric Bogatin gần đây đã xuất bản một bản trắng phân tích chính lợi ích và mối quan tâm này.