مدار منعطف و قابل خم شدن در داخل یک لولای گوشی هوشمند یا یک کاتتر پزشکی با لمینیت لایههای نازک و ظریف فویل مسی و فیلم پلیآمید{0}}رنگ کهربایی ساخته میشود. این لمینیت در یک پرس هیدرولیک گرم انجام می شود، جایی که صفحات باید گرما و فشار دقیق، ملایم و کاملاً یکنواختی را در کل پانل بزرگ ایجاد کنند. هر گونه انحراف دما، هر نقطه داغ موضعی، باعث انقباض، تاب برداشتن یا ایجاد یک پیوند ناهموار میشود که ویژگیهای الکتریکی دقیق مدار انعطافپذیر را از بین میبرد.
فرآیند لمینیت دقیق برای مدارهای چاپی انعطاف پذیر
مدارهای چاپی انعطاف پذیر (FPCs) با اتصال چندین لایه نازک به یک لمینت منفرد، کاربردی و قابل خم شدن تولید می شوند. پشته معمولی شامل:
یک فیلم پایه پلیآمید (به عنوان مثال، Kapton®)، که انعطافپذیری مکانیکی و عایق الکتریکی را فراهم میکند
یک لایه نازک از فویل مس (معمولاً 12 تا 35 میکرومتر ضخامت)، حکاکی شده تا آثار رسانا ایجاد کند.
یک فیلم چسب ترموپلاستیک (مانند اکریلیک یا اپوکسی اصلاحشده)، که ذوب میشود و تحت گرما و فشار جریان پیدا میکند تا لایهها را بچسباند.
این مواد به دما و فشار بسیار حساس هستند. پلیآمید بیش از حدود 400 درجه شروع به تجزیه میکند، در حالی که فویل مسی میتواند اکسید یا چروک شود. چسب باید تا محدوده دمایی دقیق-معمولاً 180 تا 200 درجه -گرم شود تا ذوب شود و به طور یکنواخت جریان یابد، اما نه آنقدر بالا که تجزیه شود یا از گاز خارج شود. فرآیند لمینیت همچنین باید فشار یکنواختی را در کل پانل اعمال کند تا به ضخامت خط پیوند ثابتی دست یابد و حباب های هوای محبوس شده از بین برود.
صفحه گرم شده به عنوان ابزار حیاتی
رالمینت مدار چاپی انعطاف پذیر صفحه گرمفرآیند در پرس لمینیت انجام می شود. پرس شامل دو صفحه بزرگ، مسطح و بسیار صیقلی-یکی بالا و دیگری پایینی است. لایه های انباشته پلی آمید، چسب و مس بین این صفحات قرار می گیرند. سیلندرهای هیدرولیک یا پنوماتیک با اعمال فشار کنترل شده، پرس را می بندند. به طور همزمان، صفحات تا دمای مورد نظر توسط بخاری های مقاومت الکتریکی تعبیه شده، بخاری های کارتریج یا روغن حرارتی در گردش گرم می شوند.
صفحه خود یک آهن غول پیکر، کاملا مسطح و به آرامی گرم است که لایه های ظریف یک مدار انعطاف پذیر را به یک کل الکترونیکی منفرد، نشکن و خم شدنی فشار می دهد.
الزامات عملکرد حیاتی برای صفحات گرم شده در لمینیت FPC
یکنواختی دما: ± 1 درجه در سراسر صفحه
مهمترین نیاز برای یک صفحه لمینیت FPC یکنواختی دما است. هر نقطه داغ یا منطقه سرد موضعی باعث می شود چسب به طور ناهموار خشک شود یا پلی آمید به طور متفاوت منقبض شود. این منجر به:
تاب برداشتن یا پیچش مدار تمام شده
تغییر در استحکام باند در سراسر پانل
اعوجاج آثار مس ریز-
لایه لایه شدن در طی عملیات لحیم کاری یا خمشی بعدی
صفحات گرمایشی-بهترین--برای دستیابی به یکنواختی دمایی ۱± درجه یا بهتر در کل سطح کار طراحی شدهاند. این امر از طریق:
چیدمان بخاری بهینه: بخاریهای کارتریجی یا بخاریهای{0}}ریختهشده در ناحیههایی با چگالی بالاتر در نزدیکی لبهها برای جبران اتلاف گرما چیده شدهاند.
مواد صفحه رسانای حرارتی: صفحات آلومینیومی یا فولادی-با درجه بالا و استرس-که گرما را به طور یکنواخت توزیع میکنند. آلومینیوم پاسخ حرارتی سریع تری را ارائه می دهد، در حالی که فولاد استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر سایش بیشتری را ارائه می دهد.
کنترل دمای حلقه بسته-: ترموکوپل های متعدد تعبیه شده در مکان های مختلف به یک کنترل کننده PID برمی گردند، که قدرت بخاری را به طور مستقل برای هر منطقه تعدیل می کند.
صافی سطح و پایان
صفحات باید در عرض چند میکرون مسطح باشند (معمولاً کمتر یا مساوی 5 میکرومتر در کل منطقه پانل). هر گونه بی نظمی سطحی به فشار غیر یکنواخت تبدیل می شود که منجر به ضخامت خط پیوند متغیر می شود. ردهای نازک مس ممکن است در مناطق کم فشار-به هیچ وجه به هم نچسبند، در حالی که مناطق فشار{5}بالا می توانند چسب را خرد کنند یا مس را تغییر شکل دهند. سطوح ورق آسیاب شده و تا سطح آینه ای صیقلی می شوند، اغلب با زبری سطح (Ra) 0.2-0.4 میکرومتر.
لایه رهاسازی غیر چسبنده
چسب ترموپلاستیک مورد استفاده در لمینیت FPC تمایل زیادی به چسبیدن به سطوح فلزی دارد. برای جلوگیری از چسبیدن مدار پخت به صفحه، یک لایه رهاسازی اعمال می شود. متداول ترین راه حل، پوشش نازک و نچسب PTFE (پلی تترا فلوئورواتیلن) یا یک فیلم جداکننده PTFE است که بین پشته و صفحه قرار می گیرد. PTFE ارائه می دهد:
خواص آزادسازی عالی، اجازه می دهد مدار انعطاف پذیر بدون آسیب جدا شود
پایداری دمایی بالا تا 260 درجه، بسیار بالاتر از دمای لایهبندی
بی اثری شیمیایی، جلوگیری از واکنش با محصولات خروجی از چسب
از طرف دیگر، ورقههای رهاسازی یکبار مصرف (مانند فیلم اتیلن پروپیلن فلوئوردار (FEP)) برای تولید با حجم بسیار بالا استفاده میشوند و ورق بعد از هر چرخه تعویض میشود.
چرخه لمینیت: گرمایش و سرمایش تحت فشار
چرخه کامل لمینیت به دقت کنترل می شود که معمولاً از سه مرحله تشکیل می شود:
مرحله گرم کردن-: پرس تا فشار اولیه کم (فشار تماس) بسته می شود. صفحات تا دمای مورد نظر (180-200 درجه) با یک نرخ شیب کنترل شده (مثلاً 5-10 درجه در دقیقه) گرم می شوند. سطح شیب دار کند اجازه می دهد تا چسب به تدریج ذوب شود و از شوک حرارتی به پلی آمید جلوگیری می کند.
مرحله خیساندن (درمان).: پس از رسیدن به دمای مورد نظر، فشار به فشار لایه لایه نهایی افزایش می یابد (معمولاً 10-30 کیلوگرم بر سانتی متر مربع). دما برای مدت زمان مشخصی ثابت نگه داشته می شود (اغلب 10 تا 30 دقیقه) تا چسب به طور کامل جریان یابد، سطوح مس و پلی آمید خیس شود و خشک شود.
فاز خنک کردن-: بخاری ها خاموش می شوند و صفحات خنک می شوند (اغلب با استفاده از کانال های خنک کننده داخلی آب{{0}) در حالی که فشار کامل حفظ می شود. خنک کننده کنترل شده از تاب برداشتن مدار به دلیل انقباض حرارتی دیفرانسیل جلوگیری می کند. لمینت خنک شده زمانی که دما به کمتر از 50 درجه می رسد حذف می شود.
نکته فرآیند: محیط اتاق تمیز و کنترل استاتیک
لمینت مدارهای چاپی انعطاف پذیر باید در محیط اتاق تمیز (معمولا کلاس ISO 7 یا بهتر) انجام شود. هر ذره گرد و غبار موجود در هوا که بین فویل مس و لایه چسب ته نشین می شود به یک نقص دائمی تبدیل می شود. چنین ذره ای می تواند باعث عدم اتصال موضعی شود که منجر به یک مدار باز یا کوتاهی پس از خم شدن شود. این ذره همچنین ممکن است از طریق عایق پلی آمید نازک نفوذ کند و باعث ایجاد نقص در قابلیت اطمینان پنهان شود.
یک جنبه حیاتی که اغلب نادیده گرفته میشود از تمرین اتاق تمیز برای لمینیت FPC، کنترل استاتیک است. فیلمهای پلیآمید و ورقهای آزادکننده عایقهای بسیار خوبی هستند و به راحتی بارهای ساکن را جمع میکنند. سطوح شارژ شده گرد و غبار موجود در هوا را از فواصل قابل توجهی جذب می کنند. بنابراین، یک نوار یونیزه کننده (حذف کننده استاتیک) در ناحیه کار پرس لمینیت نصب می شود. نوار یونیزه کننده منطقه را با یون های مثبت و منفی پر می کند و هر بار ساکن روی پشته یا صفحات را خنثی می کند. این اقدام ساده به طور چشمگیری نقصهای مربوط به گرد و غبار را کاهش میدهد.
مواد مورد استفاده برای صفحات گرم شده
| مواد | مزایا | معایب |
|---|---|---|
| فولاد ابزار کاهش استرس-(مانند P20، H13) | سختی بالا، حفظ صافی عالی، مقاومت در برابر سایش خوب | هدایت حرارتی کمتر، گرم کردن آهستهتر-بالا و سرد کردن-پایینتر |
| آلومینیوم ریخته گری (به عنوان مثال، 6061 یا 7075) | هدایت حرارتی عالی، پاسخ سریع، وزن سبک تر | سختی کمتر، بیشتر مستعد آسیب سطحی است |
| صفحات کامپوزیت یا پوشش داده شده | فولاد روکش شده PTFE-خواص نچسب-بدون لایه جداسازی جداگانه ارائه میدهد | پوشش ممکن است در طول زمان فرسوده شود و نیاز به پوشش مجدد دوره ای دارد |
برای تولید -مدارهای صلب-معطف و انعطافپذیر با حجم بالا، صفحات آلومینیومی با روکش آزادکننده مبتنی بر PTFE{2}}به دلیل زمانهای چرخه سریع و رهاسازی برتر، به طور فزایندهای رایج هستند.
نتیجه گیری: قلب آرام و دقیق تولید مدار انعطاف پذیر
صفحه گرم شده قلب حرارتی و مکانیکی ملایم-با دقت بالا لمینیت مدار انعطاف پذیر است، ابزاری که سیستم عصبی الکترونیکی دنیای مدرن را می سازد. صفحه گرم شده با ارائه گرمای یکنواخت، دمای پایین (180-200 درجه، 1± درجه) و فشار مسطح میکرون- روی پانل های بزرگ، لایه های ظریف مس و پلی آمید را بدون اعوجاج، انقباض یا چسبندگی ناهموار می چسباند. افزودن یک سطح PTFE نچسب، رهاسازی کامل را تضمین میکند، در حالی که پروتکلهای اتاق تمیز و کنترل استاتیک یونیزان از نقص ذرات جلوگیری میکنند.
توانایی خم کردن مدار با یک صفحه کاملا صاف و گرم شروع می شود. از گوشیهای هوشمند تاشو گرفته تا دستگاههای پزشکی قابل کاشت، قابلیت اطمینان هر مدار چاپی انعطافپذیر به آغوش کنترلشده و ملایم صفحه گرم شده در حین لمینیت بازمیگردد.
