מגוון עצום של מוצרים אשר ממשיך ומתרחב במהירות – החל בחיישנים והתקני ניטור וכלה בהתקנים לבישים ונישאים – מחייבים שימוש במעגלים גמישים. רף הדרישות גבוה עבור הציוד וההתקנים האלקטרוניים הללו. צרכנים, ספקי שירותי בריאות, אינטגרטורי מערכת ומשתמשי קצה אחרים מצפים לביצועים חזקים, עדיף עם תיכון מתוחכם, לבקרות חכמות ואינטואיטיביות ולצריכת שטח קטנה, הכל בנקודת תמחור תחרותית. על מהנדסי OEM לזהות מהם החומרים המתאימים וטכנולוגיות המעגל הנכונות שיאפשרו לעמוד בכל הדרישות הללו מבלי לחרוג מתקציב הפרויקט.
טכנולוגיית מעגלים יסודית
מעגלי נחושת חרוטים הינם הטכנולוגיה היסודית בענף האלקטרוניקה, בין אם הם קשיחים או גמישים. מעגלים מודפסים (PCB) מציעים שלמות מכנית מוכרת וכן אמינות ומוליכות חשמלית. אך מנגד הם מוגבלים בשל המבנה הקשיח שלהם. המבנה הטבעי והשטוח שלהם מגביל את התכנון לשני ממדים, ובתורו מגביל במידה רבה את גמישות התיכון במיוחד לנוכח העובדה שהתקנים אלקטרוניים הופכים קטנים יותר. מעגלים מודפסים גמישים (FPC) יכולים להתעקם ולנצל חלל תלת ממדי כשהם מכילים רכיבים מולחמים. מעגלי FPC משפרים את יכולת האריזה של האלקטרוניקה, אך הם יקרים יותר בהשוואה למעגלי PCB.
מזה זמן רב נמצאים בשימוש מעגלי כסף מודפסים על גבי חומרי פוליאסטר בענף פנלי הממברנה וההתקנים, והשימוש בהם הולך וגדל בהתקנים אלקטרוניים מהסוג הישן שבעבר הכילו מעגלי נחושת חרוטים. השימוש בשיטות הדפסה להחלה סלקטיבית של דיו מוליך על גבי חומרי פוליאסטר גמיש (PET) מאפשר לטכנולוגיות המודפסות להפגין ביצועים טובים ביישומים רבים ובעלות הרבה יותר נמוכה.
צור עומק ומרחב
בעבר, המפלט היחיד של המתכנן לנוכח החלל ההולך ונדחס של מארזי האלקטרוניקה היה לשלב מעגלי PCB גמישים לניתוב מסביב למבנים תלת ממדיים. עם זאת, חידושים בתחום ההדפסה וחיבור הרכיבים מאפשרים למתכננים להשתמש במעגלי כסף מודפסים, גמישים וקלים ביישומים בהם מעגלי נחושת חרוטים מהסוג הישן יקרים מדי.
כיום, פיתוחים בהדפסת דיו כסף מאפשרים ליצרנים להדפיס מוליכים בעובי של עד 0.127 מ”מ עם מרווח של 0.127 מ”מ בלבד. הפיתוח של דיו בעל התנגדות נמוכה מאפשר ליצור מעגל יעיל במיוחד עבור מגוון רחב של יישומי אות במהירות ובהספק נמוכים. השימוש בתהליך הדפסה roll-to-roll בנפח גדול מאפשר גם ליצרנים לגדול.
שיפורים באמצעי הדבקת הרכיבים פותרים הגבלות שהיו בעבר בחיבור רכיבים נמוכים על גבי פוליאסטר. מזה שנים שיצרני פנלי הממברנות השתמשו בדבקי אפוקסי מוליכים לחיבור נוריות LED, קבלים ונגדים על גבי מעגלים מבוססי פוליאסטר. הפיתוח של חומרי הדבקה משופרים מאפשר כעת חיבור של מיקרו מעבד ושל רכיבי מוליכים למחצה בגובה של 0.50 מ”מ בלבד.
טכנולוגיה חלופית וחסכונית
יתרון חשוב של מעגלי כסף מודפסים לעומת מעגלי נחושת חרוטים וגמישים הוא העלות. חומרי הבסיס משתלמים יותר, ובנוסף הם מיוצרים בתהליכים הרבה יותר פשוטים.
הייצור של מעגלי כסף מודפסים מתחיל ביריעה ריקה של פוליאסטר סטנדרטי. דיו מוליך (לרוב כסף או פחמן) מפוזר באופן סלקטיבי רק במקומות הרצויים על גבי מצע פוליאסטר, בתהליך הדפסת יריעה או roll-to-roll. לאחר מכן, הדיו מתקשה בתהליך טיפול תרמי או באמצעות או אולטרה סגול. במידה ונדרשות מספר שכבות אות, מתבצעים מספר מעברי הדפסה והתקשות. התהליך יעיל למדי, הוא מפיק כמות קטנה של פסולת ואינו מחייב טיפול במי שפכים.
ציוד pick-and-place וכן ציוד הזרמה מחודשת סטנדרטיים מדביקים את רכיבי ההרכבה על פני המשטח אל מעגלי הכסף המודפסים. בשלב האחרון של תהליך ההצמדה, מתווסף מארז UV אשר מוסיף למעגל עמידות בפני רטט והלם חשמלי לאחר שהוא מתקשה. עם זאת, מעגלי כסף מודפסים אינם מתאימים לרכיבי through-hole או BGA (ball-grid-array).
משום כך, מעגלי נחושת גמישים וקשיחים מהסוג הישן מיוצרים בשיטת החיסור. התהליך מתחיל ביריעת פולימיד או FR עם הצמדה דיאלקטית אל יריעת נחושת. המסלולים המוליכים והרצויים ממוסכים לפני שתהליך כימי רטוב חורט ומסלק את כל הנחושת הלא רצויה ומשאיר רק את מסלולי המעגל הרצויים. ברוב המקרים, מוסרת כמות הרבה יותר גדולה של נחושת מזו שנשארת על גבי המעגל, מה שמביא לשימוש לא יעיל בחומר. הוספה של יותר משתי שכבות אות מחייבת גם לחיצה, קדיחה וציפוי. מעגל מרובה שכבות עשוי להצריך למעלה מ-40 שלבי עיבוד. בנוסף, ובשל התהליכים הכימיים הרטובים והמרובים, מתקני ייצור נחושת בחריטה חייבים לכלול מערכות לטיפול במי שפכים.
פתח את הדלת לחדשנות
מעגלי כסף מודפסים פותחים את הדלת לחדשנות גדולה יותר במוצרים כמעט בכל יישום – החל באלקטרוניקה איכותית ומתוחכמת וכלה בהתקנים שבירים וחד פעמיים או בהתקנים זולים אחרים. פוליאסטר זול מציע חלופת מצע גמיש למעגלי PCB קשיחים וכן חלופה הרבה יותר משתלמת ל-FPC.
מעגלי כסף המודפסים במיסוך וכן מעגלים גמישים המודפסים בשיטת roll-to-roll
הופכים לטכנולוגיה חלופית וחיונית עבור מגוון יישומים, כולל:
- מוצרי חיישנים זולים וחד פעמיים, כולל תגיות דביקות, תגיות רדיו (RFID) והתקני רישום
- חלופה משתלמת ל-FPC בהתקנים ניידים ונישאים, כגון התקנים נלבשים, התקני חיישנים אישיים המשמשים לאבחון, ציוד כושר ואופנה
- בקבוקים עמידים בפני פגיעה ויישומים שבירים נוספים המחייבים מעגל ניתן לשבירה
- ציוד חיישנים רפואיים, כגון מעגלים קלים עבור מוליכי א.ק.ג וחישת חמצן
- התקנים ביתיים ופקדים, כולל מוצרי חשמל גדולים, ציוד מטבח ומזגנים/תנורים
על מהנדסי תיכון OEM לתת את תשומת הלב הראויה למעגלי כסף גמישים, משתלמים ובעלי ביצועים חזקים, עם מוליכי כסף בעלי ריווח קטן ורכיבים מורכבים על גבי מצע פוליאסטר. כתלות ביישום, מעגלי כסף מודפסים על גבי פוליאסטר עשויים לחסוך 25% ואף יותר מעלות המצע בהשוואה למעגל נחושת מקביל. צור קשר עם ספק מוסמך ומנוסה בשלב התיכון המוקדם של המוצר ומקסם את היעילות ואת יתרונות העלות של מעגלי כסף גמישים ומודפסים.
