Joustavien sensorien tulostetut elektroniikat | VMANX

VMANX, vuonna 2006 perustettu ISO 9001 -sertifioitu tulostetun elektroniikan valmistaja, kehittää tulostettua elektroniikkaa joustaville sensoreille dongguanissa, Kiinassa teollisten ohjausjärjestelmien, älykkäiden kodinkoneiden, robotiikan ja ohuiden ihmisen ja koneen välisten käyttöliittymien (HMI) tarpeisiin. Prosessi saattaa hopea-, hiili- ja dielektrisia tussuja suoraan PET-, PI- tai toiminnallisille polymeerikalvoille, koska piirin on taiputtava, soputtava rajoitettuun tilaan ja usein havaittava voimaa, kosketusta, sijaintia tai värähtelyä samalla pinnalla. Yhdistämällä kuvion tulostus, ohjattu kovettuminen, laminointi, leikkaus ja sähköinen testaus yksi ohutkalvokomponentti voi korvata erilliset johdot, kytkimet ja tunnistusosat.

Piiri voi muodostua pinnan osaksi

Perinteinen elektroniikka alkaa jäykällä levyllä ja vaatii tuotteen varaa tilaa sille. Tulostettu elektroniikka alkaa tuotteen pinnasta ja kysyy, mitkä sähköiset toiminnot voidaan rakentaa kyseiseen geometriaan.

Johtava kuviointi voi muodostua yhdistimeksi. Hiilituloste voi muodostaa vastusalkioksi. Tulostettu elektrodi voi kerätä biologisen tai pietsosähköisen signaalin. Erotinakerros voi mahdollistaa kahden piirin risteämisen ilman oikosulkua. Metallikupolat, LED-valot ja liittimet voidaan sitten integroida sinne, missä käyttöliittymä vaatii fyysistä palautetta tai valaistusta.

Tuloksena ei ole pelkästään ohuempi piirilevy. Se on erilainen arkkitehtuuri: tunnistuskerros, johdotus ja käyttöliittymä voivat jakaa yhteisen joustavan kantajan sen sijaan, että ne koottaisiin erillisinä mekaanisina osina.

Tärkeimmät ominaisuudet ja edut Lisäävä kuviointi käyttää materiaalia ainoastaan siellä, missä toimintoa tarvitaan

Hopeanäytteisessä PET-piirissä johtava liima sijoitetaan ainoastaan sinne, missä johdin, elektrodi tai kosketus on tarpeen. Virallinen VMX-FPC-AG-prosessi sisältää PET-materiaalin leikkaamisen ja korona-käsittelyn, hopean tulostamisen, lämpökäsittelyn, vaihtoehtoisesti dielektrisen tai hiilipohjaisen tulostamisen, alhaisen lämpötilan jäykistävän kerroksen laminoinnin, leikkauksen ja sähkötestauksen.

Tämä lisäysperustainen menetelmä välttää koko kuparin poistamisen, jota käytetään syövytettyihin piireihin. Pienenvirtaisten signaalireittien ja yksinkertaisten yksi- tai kaksikerrosten rakenteiden tapauksessa tämä tarkoittaa nopeampaa prototyypitystä ja pienempiä tilavuuskustannuksia ilman turhia suorituskykykustannuksia, joita sovellus ei hyödynnä.

Toiminnallisilla tinteillä yhdestä kalvosta saadaan useita komponentteja

Tulostettu elektroniikka on arvokasta, koska jokainen tini tekee eri sähköisen tehtävän:

• Hopealiima muodostaa matalaresistanssisia johtimia ja kosketuspintoja.

• Hiilituoni muodostaa resistiivisiä johdinradia ja voimaherkkiä alueita.

• Dielektrinen tini eristää risteäviä johtimia ja suojelee valittuja alueita.

• Tulostetut elektrodit yhdistää mekaaninen, kosketus- tai pietsosähköinen tulo piiriin.

Näiden materiaalien kerrostaminen yhdelle alustalle mahdollistaa insinöörin suunnitella painonsensorin, kalvo-potenttimetrin, kosketusliittimen tai signaalinkuulutuksen ilman erillistä johdinryhmää jokaiselle toiminnolle.

Joustavat alustat sopivat paikkoihin, joihin jäykät piirit eivät sovi

PET-materiaali on saatavilla paksuuksissa 50, 75, 100, 188 ja 250 μm, mukaan lukien läpinäkyvät vaihtoehdot. PI-alustat ovat saatavilla paksuuksissa 12,5–125 μm, kun vaaditaan korkeampaa lämpötilaa, tarkempaa geometriaa tai SMT-asennusta. PVDF-kalvo lisää aktiivisen pietsosähköisen kerroksen värähtelyjen, akustisten ilmiöiden ja dynaamisten voimien tunnistamiseen.

Nämä kalvot voivat kiertää kaarevia pintoja, kulkea peitteiden alla, ohittaa kapeat koteloitukset ja pysyä piilossa valmiissa tuotteessa. Piiri suunnitellaan mekaanisen ulottuvuuden mukaan eikä pakoteta koteloa sopeutumaan piirilevyn muotoon.

Painetut elektroniikat tukevat useita eri sensorifysiikoita

Sama valmistusplatforma palvelee useita eri sähköisiä ominaisuuksia:

• Piezoresistiivinen FSR muuntaa kohdistetun voiman vastusmuutokseksi.

• Kapasitiivinen kosketus tunnistaa läheisyyden tai sormen kosketuksen peitteen kautta.

• Kalvopotenttiometria muuntaa lineaarisen tai pyörivän asennon analogiseksi tulosteeksi.

• PVDF-piezosähköinen kalvo muuntaa dynaamisen voiman, värähtelyn tai akustisen energian varaukseksi.

• Kalvosuljinta yhdistää painetut piirit taktiilisten kupujen, peitteiden ja valaistusvaihtoehtojen kanssa.

Tämä on tärkeää OEM-tiimeille, koska yksi toimittaja voi ratkaista useita käyttöliittymiä liittyvillä materiaaleilla, työkaluilla ja tarkastuslogiikalla sen sijaan, että jokaiselle tunnistusmenetelmälle otettaisiin käyttöön erillinen tuotantoketju.

Kolme materiaalialustaa, kolme suunnittelurajaa

Painettu elektroniikka ei ole yksi universaali materiaalirakenne. Oikea alusta riippuu lämpötilasta, virrasta, taivutuskestävyydestä, optisista vaatimuksista ja kokoonpanomenetelmästä.

PET-levyt, joihin on painettu hopeaa – nopeat, ohuet ja mahdollisesti läpinäkyvät

VMX-FPC-AG käyttää ruutupainettua hopeapastaa PET-levyllä. Standardin mukainen kuiva hopeakerroksen paksuus on 5–15 μm, pienin linjan/eristeen leveys on 150/150 μm, mutta edistyneellä menetelmällä voidaan saavuttaa 100/100 μm, ja virtakapasiteetti on enintään 0,8 A ilmoitetuissa johdinolosuhteissa. Käyttölämpötila-alue on –20 °C–+80 °C, ja taivutuskestävyys ylittää 50 000 taivutuskertaa.

Sen erottelutekijä on optinen vapaus: valinnainen AgNW-versio saavuttaa vähintään 89 % läpäisyasteen 550 nm:n aallonpituudella ja levypäästön 50–100 Ω/neliö. Tämä tekee alustasta sopivan läpinäkyvälle kosketukselle, matalan tehon kuluttaville antureille, LED-juoville ja nopeille prototyypeille. Kompromissi on yhtä selvä: PET ei kestä uudelleenkiinnitystä lämpötilassa ja komponenttien kiinnitykseen on käytettävä matalan lämpötilan johtavaa liimaa.

PI-kuparifleksipiiri — tarkkuus, virta ja SMT-yhteensopivuus

VMX-FPC-CU käyttää PI-alustalle syövytettyä kuparifoliota. Se tukee 75/75 μm:n minimiviivaa/väliä, 50/50 μm:n viivaa/väliä 0,5 oz kuparilla, ohjattua impedanssia 50 Ω yksittäiselle signaalille tai 100 Ω differentiaaliselle signaalille ±10 %:n tarkkuudella sekä yli 200 000 taipumiskierrosta RA-kuparilla määritellyn testimenetelmän mukaisesti. Käyttölämpötila-alue ulottuu –40 °C:sta +150 °C:een, ja rakenne tukee uudelleenkiinnitystä lämpötilassa.

Tämä alusta on oikea valinta, kun piiri kantaa suurempaa virtaa, komponenttien sijoittelun täytyy olla tiukkaa, alustan täytyy kestää toistuvaa dynaamista taivutusta tai sen täytyy säilyttää ohjattu impedanssi. Se ei ole edullisin vaihtoehto, mutta se tarjoaa sähköisiä ja kokoonpanoon liittyviä varantoja, joita hopealla tulostettu ratkaisu ei voi tarjota.

PVDF-tulostetut elektrodit – Kalvo itse muodostaa anturin

VV-PVDF6866-alusta käyttää korkealaatuisia PVDF-kalvoja, joihin on tulostettu hopeapastaelektrodit ja jotka on monikerroksisesti suojattu. Ydin-kalvo on saatavilla paksuuksissa 28, 44 ja 110 μm; elektrodikerros on 5–10 μm paksu. Julkaistut ominaisuudet sisältävät taajuusvasteen 0,1 Hz–100 MHz, ±1 %:n täysmittainen lineaarisuusvirhe, toimintalämpötilan -20 °C–+85 °C ja eristysläpilyöntijännitteen vähintään 1800 VDC (44 μm kalvolla).

Tässä tulostettu elektrodi ei ainoastaan välitä signaalia erillisestä anturista — se kerää varauksen aktiivisesta kalvosta itse. Tämä mahdollistaa ohuet, muovautuvat värähtely-, akustiset ja dynaamisen voiman anturit laitteiden valvontaan, liikenteeseen, lääkinnällisten laitteiden kehitykseen ja kuljetettaviin takaisinkytkentäjärjestelmiin.

Tekniset tiedot

Arvot ovat VMANX:n julkaisemia tuotealustan määritelmiä, eivätkä ne ole yleisiä rajoituksia kaikille painettujen elektroniikan suunnitteluille. Lopullinen suorituskyky riippuu geometriasta, mustasta, alustasta, kuumennusprofiilista ja integrointimenetelmästä.

Valmistusketju, joka määrittää toistettavuuden 1. Pohjan valmistelu

Kalvo saapuu mekaanisena materiaalina, ei elektronisena komponenttina. Puhdistus, leikkaus ja pinnankäsittely määrittävät, kostuuko toiminnallinen musta tasaisesti ja kiinnittyykö se luotettavasti. PET-ohutkalvojen hopeapiirit käsitellään korona-käsittelyllä ennen tulostusta; alakäsitelty pinta voi näyttää hyvältä alustavassa tarkastuksessa, mutta epäonnistua myöhemmin taivutettaessa tai kosteudessa.

2. Toiminnallisen mustan levitys

Ruudukkotulostus tai tarkka kuvion tulostus määrittelee johtavat ja tunnistavat geometriat. Johdinradan leveys, kuivatun kalvon paksuus ja sijoittuminen hallitsevat vastusta ja kanavan välistä yhdenmukaisuutta. Halpa musta, joka levitetään epätasaisesti, ei muodosta halpaa piiriä – se muodostaa muuttuvan vastuksen, joka on naamioitu johtimeksi.

3. Hallittu kovettaminen ja kerrosten rakentaminen

Kovetusteho määrittää, saavuttaako tulostettu hopea tarkoitetun johtavuuden ja tarttuvuuden. Valinnaiset hiili- ja dielektriset kerrokset lisäävät tunnistus- tai eristystoimintoja, mutta jokainen uusi kerros tuo mukanaan sijoittumis- ja kovetuspinnojen vuorovaikutuksia, jotka on vahvistettava kokonaisuutena.

4. Laminoiminen, leikkaaminen ja sähköinen testaus

Suojakerrokset, jäykistimet, liimausjärjestelmät ja liittimet lisätään lopullisen muovileikkaamisen ennen. Sähköinen testaus tarkistaa jatkuvuuden, eristyksen ja asianmukaisen anturivasteen. Tässä vaiheessa painettu kuviointi muuttuu hallitusta komponentista koristeltua kalvoa.

Kun painettu elektroniikka ei ole oikea valinta

Painettu elektroniikka on voittaja, kun geometria, ohutuus, taipuisuus, läpinäkyvyys tai integroitu tunnistus ovat tärkeämpiä kuin suurin mahdollinen johtimen tiukkuus ja tehonkäsittelykyky. Se ei automaattisesti ole paras ratkaisu kaikkiin piireihin.

Jos tuote vaatii tiukkaa SMT-asennusta, toistuvaa korkealämpöistä liitosuunia, ohjattua impedanssia tai virran tasoa, joka ylittää hopeapohjaisen alustan lämpörajan, PI-kuparinen FPC on vahvempi vaihtoehto. Jos vaaditaan matalataajuista staattisen painon mittausta laboratoriotarkkuudella, kuormitussolmu voi olla sopivampi vaihtoehto kuin FSR. Jos vaatimus koskee huoneen tasolla olemassaoloa eikä painetta yhdellä pinnalla, tutka voi soveltua paremmin kuin anturimatto.

Teknisen suunnittelun etu ei ole pakottaa jokainen hanke yhden teknologian piiriin. Etu on valita pienimmän monimutkaisuuden alusta, joka kuitenkin täyttää todellisen vaatimuksen.

Asiakaskysytyksiä (UKK)

K: Mikä on painettu elektroniikka? V: Painettu elektroniikka laskee johtavia, vastuksellisia, eristäviä tai aktiivisia materiaaleja kuvioihin substraatille, kuten PET:lle, PI:lle tai PVDF:lle. Painetut kerrokset muodostavat piirit, elektrodit ja tunnistusalueet suoraan kalvolle.

K: Onko painettu hopeapiiri sama kuin kuparinen FPC? A: Ei. Tulostettu hopea PET-aineella on lisäysprosessi, joka toimii alhaisessa lämpötilassa ja soveltuu pienitehoisiin, nopeasti valmistettaviin ja läpinäkyviin suunnitteluun. Kuparista valmistetut FPC-piirit käyttävät PI-aineen subtraktiivista kavennusta ja tukevat tiukempia johdinratoja, korkeampaa virtaa, SMT-uudelleenliukumista ja ohjattua impedanssia.

K: Voivatko tulostetut elektroniikkaratkaisut olla läpinäkyviä? A: Kyllä. VMANX:n AgNW-läpinäkyvä vaihtoehto tarjoaa 50–100 Ω/neliö levyvastuksen ja vähintään 89 % läpäisyasteen 550 nm:n aallonpituudella. Standardinen tulostettu hopea on näkyvissä; läpinäkyvyys vaatii erityisen AgNW-rakenteen.

K: Voivatko komponentit kiinnittyä suoraan PET-hopeapiireihin? A: Kyllä, mutta ei standardilla korkealämpöisellä uudelleenliukumisella. PET-komponentit käyttävät alhalämpöistä johtavaa liimaa. Sovellukset, jotka vaativat perinteistä SMT-uudelleenliukumista, tulisi käyttää PI-kuparipohjaista ratkaisua.

K: Kuinka joustavia piirit ovat? A: Julkaistu PET-hopea-ala ylittää 50 000 joustokierrosta annetussa MIT-testissä, kun taas PI-kupari RA-kuparilla ylittää 200 000 kierrosta. Todellinen käyttöikä riippuu taivutussäteestä, kerrospaksuudesta, johdinratojen suunnasta ja kokoonpanon jännityksen tasoituksesta.

K: Mitä musteita käytetään painetussa anturissa? A: Hopeamuste muodostaa johtavat radat, hiili voi muodostaa vastus- tai voimaherkkäelementtejä, ja dielektrinen muste tarjoaa eristystä ja suojaa. Tarkka kerrosrakenne riippuu tunnistusperiaatteesta ja sähköisistä vaatimuksista.

K: Mikä sertifiointi koskee tätä teollisuuden painettuja elektroniikkarakenteita? A: VMANX valmistaa teollisuusalustaa ISO 9001 -standardin mukaisesti, ja se noudattaa RoHS- ja REACH-ainevaatimuksia. Tuotespesifiset hyväksynnät riippuvat lopullisesta käyttötarkoituksesta, ja niiden haltijana toimii tuotteen markkinoille tuovan brändin omistaja.

K: Voiko yhdessä projektissa yhdistää painetut anturit ja kuparisen FPC:n? A: Kyllä. Hybridirakenteessa voidaan käyttää painettua kalvoa suuren alueen tunnistukseen tai kosketuskerrokseen ja PI-kuparista valmistettua joustavaa piirilevyä (FPC) tiukkoihin komponentteihin, virtajohtoihin ja liittimien asennukseen. Kahden osan välinen rajapinta on suunniteltava vastustamaan mekaanista rasitusta, muodonmuutoksia ja valittua kokoonpanolämpötilaa.

OEM-tekniikka-asiantuntijatuki

VMANX tukee painettujen elektroniikkaratkaisujen kehitystä materiaalien ja prosessien valinnasta piirisuunnitteluun, prototyyppien valmistukseen ja sarjatuotannon käynnistämiseen. teollisuus tuoteperhe sisältää joustavat painetut piirit ,voiman tunnistavat vastustimet ,kalvopotentiometrit ,HMI-järjestelmät ja PVDF-piezosähköisten antureiden . Yksityiskoittaiset tekniset tiedot ovat saatavilla kaksisarjaisten teollisten FPC-alustojen ,teollisten ohutkalvo-FSR:n ,PVDF-kalvosensorin ja kalvokytkinten määrittelyssä .

Yhteenveto

Tulostettu elektroniikka poistaa rajan piirin ja pinnan välillä. Johtimet, vastukset, elektrodit, eristeet ja liitännäntoiminnallisuudet voidaan kuvioitaa suoraan joustaville kalvoille, jotka sitten laminoidaan, leikataan ja testataan yhtenä suunniteltuna komponenttina. Kaupallinen arvo ei perustu pelkästään ohuuteen – se johtuu pienemmästä osien määrästä, pienemmästä mekaanisesta tilavuudesta ja tunnistusarkkitehtuurista, joka on muotoiltu tuotteeseen sopivaksi eikä pakota tuotetta kovapaneelin ympärille.