消費者、醫療服務提供者、系統整合商,以及其他最終用戶都要求實現較高的性能,最好還具備精細的設計、直觀的智慧控制功能及緊湊的體積,價格則要具有競爭力。在考慮專案預算的同時,OEM的工程師們必須選擇合適的材料與電路技術,來實現上述所有目標。

基礎電路技術

無論是剛性還是軟性,蝕刻銅電路都是電子學的基礎技術。眾所周知,印刷電路板(PCB)具有極高的機械完整性、導電性,以及可靠性,但是應用卻受到其剛性構造的約束。其扁平的外觀使設計侷限於兩個維度,嚴重影響了設計的靈活性,隨著電子設備的尺寸不斷縮小,這一缺陷尤為明顯。軟性印刷電路(FPC)能夠彎曲,可以充分利用三維(3D)空間,同時還可使用焊接的元件。儘管FPC可以改善電子元件的封裝能力,與PCB相比成本卻要高得多。

聚酯(PET)基板上的印刷型銀電路一直以來都用於家電和薄膜面板產業,現在在傳統電子設備上的應用也日益普遍,取代常用的蝕刻銅電路。印刷技術採用印刷的方法,在軟性聚酯基板上選擇性地應用導電墨水,效果良好,而成本則要低得多。

創建深度與空間

在以前,隨著電子封裝密度的不斷增加,設計人員的唯一選擇就是整合軟性印刷電路板,在三維結構中對線跡進行路由。然而,印刷和元件黏著方面的創新,意味著設計人員可以用輕巧的軟性印刷型銀電路代替應用中價格過高的傳統蝕刻銅電路。

隨著銀墨水絲網印刷技術的進步,製造商已可印刷出寬度及間距均低至0.127mm的線跡。低阻墨水的發展實現了一種特別有效的電路,適合眾多的低功率和低速訊號應用。採用大批量輥間印刷製程之後,製造商還可以控制生產規模。

元件黏著製程得到了進一步的改進,克服了在聚酯上黏著細螺距元件的種種侷限。多年來,在薄膜面板的製造中一直使用導電環氧樹脂將LED、電容和電阻黏著到聚酯基的電路上。增強黏著性的材料現在已經發展到允許黏著螺距緊密度高達0.50mm的微處理器及其他元件。

20170519TA01P1 圖1 增強黏合材料的發展,現在已經可以黏合間距緊密度高達0.50毫米的半導體元件。

低成本替代技術

與軟性蝕刻銅電路相比,印刷型銀電路的一個主要優勢就在於成本低。銀電路不僅基礎材料的性價比要高得多,使用的製造製程也更為簡單。

印刷型銀電路的製造從一片空白的標準聚酯板開始;導電墨水(一般為銀或碳)透過饋送式絲網印刷或輥間製程選擇性地只沉積在聚酯基板上所需的位置;然後墨水可透過加熱或照射紫外線進行固化。如果需要多個訊號層,則可進行多次印刷和固化處理。這種製程效率極高,幾乎不產生廢物,並且也無需進行廢水處理。

隨後,採用標準的拾放和回流焊設備將表面貼裝元件黏著到印刷型銀電路上。在黏著製程的最後一步將塗佈紫外線密封劑,該密封劑在固化後將提高電路對振動和機械衝擊的耐受性。但印刷型銀電路並不適用於通孔或球狀網格陣列(BGA)元件。

相反,傳統的剛性和軟性銅電路透過減成法製作而成。該製程從黏著到銅片上的聚醯亞胺板或FR介電板開始。首先對所需的導電通路進行遮蔽,然後採用濕化學製程蝕刻掉所有不需要的銅金屬,只留下所需的電路圖案。在大多數情況下,去除掉的銅要比留在電路上的多得多,因而材料的使用率不高。如果要添加兩個以上的訊號層,還需要層壓、鑽孔和鍍層製程。多層電路可能需要超過40個製程步驟。此外,由於較多採用濕化學製程,蝕刻銅的生產設備都需要配備廢水處理系統。

迎接創新

從高階、精密的電子元件到易碎、一次性及其他低成本設備,印刷型銀電路向任何應用敞開大門,迎接更為廣泛的產品創新。聚酯材料價格便宜,是能夠替代剛性PCB的一種軟性基板產品,對於FPC更是一種極具性價比的替代產品。

絲網印刷的銀電路和輥間印刷型軟性電路正用事實證明在許許多多的應用中都是一種非常可行的替代技術,這些應用包括:

˙低成本的一次性感測器產品,包括膠黏標籤、RFID及資料記錄裝置; ˙可攜式裝置和行動設備,例如可穿戴裝置、個人診斷感測器設備、健身器材和時尚用品等,是其中FPC的經濟型替代技術; ˙需要使用脆弱電路的防篡改瓶及其他易碎應用; ˙醫用感測器設備,例如用於心電圖引線和氧氣感應的電路; ˙家用電器和控制裝置,包括白色家電、廚房設備和供暖/空調等。

OEM的設計工程師不應忽視價格低、性能高的軟性銀電路,其聚酯基板上銀線跡的間距緊密並包含各種複雜的元件。根據具體應用的不同,與等效的銅電路相比,聚酯上的印刷型銀電路可以節省25%或更多的基板成本。在產品設計階段請儘早與經驗豐富的合格供應商接洽,最大程度地實現絲網印刷型軟性銀電路的效率和成本優勢。

20170519TA01P2 圖2 印刷型銀電路適合任何應用,並且可配合廣泛的產品創新。