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特殊材料:下一代挠性电路的先决条件

二月 28, 2019 | I-Connect007
特殊材料:下一代挠性电路的先决条件

在亚马逊搜索“可穿戴技术”,会出现20000多条搜索结果。毫无疑问,可穿戴电子设备已经造就了一个新的电子产品市场,特别是那些专门用于医疗和保健的可穿戴产品。可穿戴设备需要3D挠性布线,因此挠性电路是这些设备的适当解决方案。与传统的挠性电路相比,可穿戴电子产品要求电路构成具有不同的性能。以前,我们建议客户根据标准设计指南设计挠性电路,以优化性能和提高制造良率。可穿戴电子产品驱动我们去改变对这些新性能先决条件的思考模式。

由于基材的挠性,3D布线是典型挠性电路的主要特征之一。但是,却受到了传统挠性电路中可供选择材料的限制。设计人员只能选用有限的几种材料创建电路。聚酰亚胺薄膜是高温工艺(如焊接和引线键合)的有限选择之一。它作为传统挠性电路的介电材料具有良好的平衡性;然而,使用聚酰亚胺薄膜作为可穿戴布料是不舒服的。舒适性是可穿戴技术中最重要的考虑因素,但是当薄膜直接附着在皮肤上时,塑料薄膜的低透湿性不能提供这种舒适性。薄膜的色彩也阻碍了其应用,其中的艺术价值要考虑消费者眼睛的感受。基材需要更高的尺寸稳定性以提高工艺良率,但是医疗保健设备在连接到身体时却又需要一定的弹性。因此,对基材的要求存在冲突。

为了满足传统挠性电路技术的新要求,业界已经开发出了特殊材料。这些材料不一定是新产品,而是经过改进生成了一些独特的性能。下面是几种特殊材料的实例。

数家化学公司在过去几年开发出了透明聚酰亚胺薄膜。有些薄膜具有与传统聚酰亚胺薄膜相同的物理属性,但它们还能吸收少量光。通过化学镀或溅射可获得没有胶粘层的覆铜箔层压板。典型的挠性电路制造商可以使用标准光刻和化学蚀刻工艺生成透明电路。由于其透明性,新的挠性电路看起来类似于PET基电路,但它在焊接和引线键合时具有足够的耐热性(图1)。这种材料可以作为光学模块的挠性基板,但需要更多的试验来实现透明导体。材料选择包括ITO薄膜、银纳米线和微金属网;但是,没有一种材料能够提供完美的解决方案,客户必须从有限的候选材料中选择一种。

图1:透明电路中的LED照明模块

修改现有材料的另一个例子包括采用橡胶基基板的弹性电路。通过光刻和化学蚀刻工艺或导电油墨丝网印刷在薄聚氨酯片上生成蜿蜒曲折的导线(图2)。 它们需要带有通过热层压或化学镀形成的橡胶片的覆铜层压板。铜箔提供高导电性,但在热层压过程中应使用弹性胶作为黏结层。化学镀不需要胶层即可获得可靠的黏结强度(这是一个优点),但在化学镀之前需要特殊的表面处理,以确保与导体的可靠粘接强度。

只要应用不要求大电流,在弹性基板上丝网印刷银浆是最好的解决方案。由于厚膜导体的基体材料是软塑料(例如环氧树脂和聚氨酯),与金属铜箔导体相比,印制的导体具有更高的弯曲耐久性。新的弹性电路可以被认为是附着在皮肤上的医疗保健模块领域最有价值的替代品。可穿戴电子设备的材料需求包括柔软的棉质感、吸收水分的能力、淀粉膜生物分解等。

图2:建在聚氨酯片上的蜿蜒导体

最后一种材料涉及有源电子电路,而不是无源电子电路。随着新特殊材料的引入,传统生产线已能够生产有源器件。图3给出了通过丝网印刷工艺生产的挠性EL显示器的实例。大多数设备在挠性电路的制造中非常普遍。电子发光(EL)材料和透明导体是这种结构中使用的特殊材料。梦寐以求的有源器件越活跃,对新特殊材料的需求就越大。这些材料包括光伏电池、原电池和二次电池、可弯曲的显示器,传感器、致动器等。每一种新特殊材料都使我们更加贴近挠性电子产品。我们相信挠性电子产品和可印制电子产品协同工作将可为可穿戴电子产品带来新的价值。

图3:通过丝印制成的挠性EL显示器

 

Dominique K. Numakura是DKN Research LLC公司的总经理

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标签:
#挠性电路  #FPC  #材料 

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