Rugalmas érzékelők nyomtatott elektronikával | VMANX

A VMANX, egy 2006-ban alapított, ISO 9001 tanúsítvánnyal rendelkező nyomtatott elektronikai gyártó cég fejleszt nyomtatott elektronikát rugalmas érzékelők számára dongguanban, Kínában ipari vezérlésekhez, okos háztartási készülékekhez, robotikához és vékony ember-gép felületekhez. A folyamat ezüst-, szén- és dielektromos festékeket juttat közvetlenül PET-, PI- vagy funkcionális polimerfóliákra, mert az áramkörnek hajlékonynak kell lennie, illeszkednie kell egy korlátozott térbe, és gyakran ugyanazon a felületen érzékeli az erőt, a megérintést, a pozíciót vagy a rezgést. A mintanyomtatás, a szabályozott keményítés, a laminálás, a kivágás és az elektromos tesztelés kombinációjával egyetlen vékonyfilm-komponens helyettesítheti a külön vezetékeket, kapcsolókat és érzékelőelemeket.

Egy áramkör részévé válhat a felületnek

A hagyományos elektronika egy merev lapról indul ki, és a terméktől azt kéri, hogy helyet adjon neki. A nyomtatott elektronika a termék felületéről indul ki, és azt kérdezi, hogy mely elektromos funkciók építhetők be ebbe a geometriába.

Egy vezető minta összekötő elemmé válhat. A szénalapú festék ellenálló elemet képezhet. Egy nyomtatott elektródával biológiai vagy piezoelektromos jelet lehet gyűjteni. Egy dielektromos réteg lehetővé teszi két áramkör keresztezését rövidzárlat nélkül. A fém kupolák, LED-ek és csatlakozók ezután integrálhatók oda, ahol a felhasználói felület fizikai visszajelzést vagy megvilágítást igényel.

Az eredmény nem csupán egy vékonyabb nyomtatott áramköri lap. Ez egy másik architektúra: az érzékelő réteg, a vezetékek és a felhasználói felület egy rugalmas hordozón osztozik, nem pedig külön mechanikai alkatrészként kerülnek összeszerelésre.

Fő jellemzők és előnyök Az additív mintázás csak ott használ anyagot, ahol funkcióra van szükség

Egy ezüstnyomtatással készült PET-áramkörnél a vezető paszta csak ott kerül lefestésre, ahol vezetékpálya, elektróda vagy érintkező szükséges. A hivatalos VMX-FPC-AG eljárás a PET-vágást és a korona-kezelést követően ezüstnyomtatást, hőkezelést, opcionális dielektromos vagy szénalapú nyomtatást, alacsony hőmérsékleten ragasztott merevítő laminálását, vágást és villamos tesztelést tartalmaz.

Ez az additív eljárás kikerüli az etsett áramkörökben alkalmazott teljes rézeltávolítási folyamatot. Alacsony áramerősségű jelvezetékek és egyszerű, egy- vagy kétrétegű tervek esetén ez gyorsabb prototípus-készítést és alacsonyabb térfogati költséget jelent anélkül, hogy a felhasználásra nem szoruló teljesítményért kellene fizetni.

Funkcionális festékek egyetlen fóliából több komponenst hoznak létre

A nyomtatott elektronika értékes, mert minden festék más-más elektromos feladatot lát el:

• Ezüstpaszta alacsony ellenállású vezetőket és érintkezőpárnákat képez.

• Szénfesték ellenállásos vezetékpályákat és erőérzékeny zónákat képez.

• Dielektromos festék kereszteződő vezetőket szigetel, és kiválasztott területeket véd.

• Nyomtatott elektródák mechanikai, érintéses vagy piezoelektromos bemenetet kapcsolnak be az áramkörbe.

Az anyagok egyetlen hordozóra való rétegzése lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy nyomásszenzort, membrános potenciométert, érintésvezérelt felületet vagy jelgyűjtőt hozzanak létre anélkül, hogy minden funkcióhoz külön vezetékköteget kellene felszerelni.

A rugalmas hordozók olyan helyeken alkalmazhatók, ahol a merev nyomtatott áramkörök nem.

A PET anyag 50, 75, 100, 188 és 250 μm vastagságban érhető el, beleértve a átlátszó változatokat is. A PI hordozók 12,5–125 μm vastagságban állnak rendelkezésre, amikor magasabb hőmérsékleti ellenállásra, pontosabb geometriára vagy SMT-szerelésre van szükség. A PVDF fólia aktív piezorezisztív réteget ad hozzá rezgés-, akusztikus- és dinamikus erőérzékeléshez.

Ezek a fóliák képesek körbefonódni görbült felületek körül, áthaladni fedőrétegek alatt, keskeny házakon keresztül, és rejtve maradni a kész termék belsejében. Az áramkört a mechanikai térkép alapján tervezik, nem pedig úgy, hogy a burkolatot egy nyomtatott áramkörhöz kellene igazítani.

A nyomtatott elektronika többféle szenzorfizikát is támogat.

Ugyanaz a gyártási platform több elektromos viselkedést is szolgál:

• Piezorezisztív FSR az alkalmazott erőt ellenállás-változássá alakítja.

• Kapaszitív érintés közelséget vagy ujj-érzékelést érzékel egy fedőréteg segítségével.

• Membrános potenciometria lineáris vagy forgó helyzetet alakít át analóg kimenetté.

• PVDF piezoelektromos fólia dinamikus erőt, rezgést vagy akusztikus energiát alakít át töltéssé.

• Membránkapcsolás nyomtatott áramköröket kombinál érzékelhető kupolákkal, fedőrétegekkel és opcionális megvilágítással.

Ez fontos az OEM csapatok számára, mert egyetlen beszállító képes több felületet is kezelni kapcsolódó anyagokkal, szerszámokkal és ellenőrzési logikával, ahelyett, hogy minden érzékelési módszerhez külön gyártási láncot vezetne be.

Három anyagplatform, három mérnöki ablak

A nyomtatott elektronika nem egy univerzális anyagréteg. A megfelelő platform a hőmérséklettől, az áramerősségtől, a hajlási élettől, az optikai követelményektől és a szerelési módtól függ.

PET ezüst nyomtatott áramkörök – gyors, vékony és potenciálisan átlátszó

A VMX-FPC-AG képernyőn nyomtatott ezüstpasztát használ PET alapanyagon. A szokásos száraz ezüstréteg vastagsága 5–15 μm, a minimális vonal/térköz 150/150 μm, de speciális eljárással 100/100 μm is elérhető, és az áramterhelés akár 0,8 A lehet a megadott vezetékfeltételek mellett. Az üzemelési hőmérsékleti tartomány –20 °C és +80 °C között van, több mint 50 000 hajlítási ciklusra képes.

Különlegessége az optikai szabadság: az opcionális AgNW változat legalább 89 % átvitelt ér el 550 nm-en, 50–100 Ω/□ felületi ellenállással. Ez teszi a platformot alkalmasnak átlátszó érintőfelületekre, alacsony fogyasztású érzékelőkre, LED-szalagokra és gyors prototípus-készítésre. A kompromisszum egyértelmű: a PET nem alkalmas újraolvasztásos forrasztásra, és a komponensek rögzítéséhez alacsony hőmérsékleten működő vezető ragasztót kell használni.

PI réz FPC – pontosság, áramterhelés és SMT-kompatibilitás

A VMX-FPC-CU rézfoliós, poliimida (PI) alapú flexibilis nyomtatott áramkör, amely 75/75 μm minimális vonal/szakasz méretet támogat, 50/50 μm-et 0,5 oz rézréteggel, 50 Ω-os egyedi vagy 100 Ω-os differenciális impedanciát ±10%-os pontossággal, valamint több mint 200 000 hajlítási ciklust RA réz használata esetén a megadott tesztelési módszer szerint. Működési hőmérséklet-tartománya -40 °C és +150 °C között van, és a felépítése támogatja a reflow forrasztást.

Ez a platform akkor a megfelelő választás, ha az áramkör nagyobb áramerősséget vezet, sűrű komponenselhelyezésre van szükség, ismétlődő dinamikus hajlításnak kell ellenállnia, vagy meghatározott impedanciát kell fenntartania. Nem a legalacsonyabb költségű megoldás, de elektromos és szerelési tartalékot biztosít, amelyet a ezüstfestékkel nyomtatott változat nem tud nyújtani.

PVDF nyomtatott elektródák – A fólia maga válik érzékelővé

A VV-PVDF6866 platform magas tisztaságú PVDF fóliát használ nyomtatott ezüstpasztával ellátott elektródákkal és többrétegű burkolattal. A fő fóliavastagságok 28, 44 és 110 μm; az elektródaréteg vastagsága 5–10 μm. A közzétett teljesítményadatok között szerepel egy 0,1 Hz–100 MHz-es frekvencia-válasz, ±1 % teljes skála lineáris hiba, -20 °C-tól +85 °C-ig működési hőmérséklettartomány, valamint legalább 1800 VDC dielektromos átütési feszültség 44 μm-es fóliánál.

Itt a nyomtatott elektróda nem csupán jelet vezet egy külön érzékelőről – hanem a fő aktív fóliáról gyűjti a töltést. Ez lehetővé teszi vékony, rugalmas rezgés-, akusztikus- és dinamikus erőérzékelők alkalmazását berendezések figyelésére, közlekedési eszközökben, orvosi eszközök fejlesztésében és hordható visszajelző rendszerekben.

Műszaki adatok

Az értékek a VMANX által közzétett termékplatform-specifikációk, nem univerzális korlátok minden nyomtatott elektronikai tervezéshez. A végső teljesítmény függ a geometriától, a festéktől, az alapanyagtól, a keményítési profiljától és az integrációs módszertől.

A gyártási lánc, amely meghatározza az ismételhetőséget 1. Alapfelület-előkészítés

A fólia mechanikai anyagként érkezik, nem elektronikus alkatrész. A tisztítás, a vágás és a felületkezelés dönti el, hogy a funkcionális festék egyenletesen nedvesíti-e és kötődik-e a felülethez. A PET-re nyomott ezüst áramvezető pályák esetében a nyomás előtt koronakezelést alkalmaznak; a kevésbé kezelt felület első ránézésre elfogadhatónak tűnhet, de később meghibásodhat hajlítás vagy páratartalom hatására.

2. Funkcionális festék felvitele

A fémrácsos vagy precíziós mintanyomás határozza meg a vezető és érzékelő geometriát. A vezetékvastagság, a száraz rétegvastagság és a regisztráció szabályozza az ellenállást és a csatornák közötti egyenletességet. Egy olcsó festék egyenetlen felvitele nem eredményez olcsó áramkört – hanem egy változó ellenállást, amely vezetékként van álcázva.

3. Szabályozott keményítés és rétegfelépítés

A keményítéshez szükséges energia határozza meg, hogy a nyomtatott ezüst eléri-e a tervezett vezetőképességet és tapadást. Az opcionális szén- és dielektrikus rétegek érzékelő vagy szigetelő funkciót adnak, de minden új réteg regisztrációs és keményítési kölcsönhatásokat vezet be, amelyeket rendszerként kell érvényesíteni.

4. Laminálás, kivágás és villamos tesztelés

A végleges kivágás előtt védőrétegeket, merevítőket, ragasztórendszereket és csatlakozókat adnak hozzá. A villamos tesztelés ezután ellenőrzi a folytonosságot, az elszigetelést és a megfelelő érzékelőválaszt. Ezen a ponton egy nyomtatott minta vezérelt alkatrészként, nem pedig díszített fóliaként működik.

Amikor a nyomtatott elektronika a rossz választás

A nyomtatott elektronika akkor nyer, ha a geometria, a vékonysság, a rugalmasság, az átlátszóság vagy az integrált érzékelés fontosabb, mint a maximális vezető sűrűsége és teljesítménykezelése. Nem minden áramkör esetében automatikusan a legjobb megoldás.

Ha a termék sűrű SMT-populációt igényel, ismételt magas hőmérsékletű újraolvasztást, vezérelt impedanciát vagy az ezüst alapzat hőmérsékleti határán túli áramot, akkor a PI réz FPC erősebb választás. Ha alacsony frekvenciás statikus tömegmérésre van szükség laboratóriumi pontossággal, akkor egy terhelésmérő érzékelő (load cell) megfelelőbb lehet, mint egy FSR. Ha a követelmény egy szoba jelenlétének érzékelése, nem pedig egy felületre gyakorolt nyomás, akkor a radar jobban illeszkedik, mint egy érzékelőszőnyeg.

A mérnöki előny nem az, hogy minden projektet kényszerítünk egyetlen technológiára. Hanem az, hogy kiválasztjuk a legalacsonyabb komplexitású platformot, amely mégis teljesíti a valós igényt.

Ügyfél-Gyakran Ismételt Kérdések

K: Mi a nyomtatott elektronika? V: A nyomtatott elektronika vezetőképes, ellenálló, dielektromos vagy aktív anyagokat visz fel mintázatban egy alapanyagra, például PET-re, PI-re vagy PVDF-re. A nyomtatott rétegek közvetlenül a fólián hozzák létre az áramköröket, az elektródákat és az érzékelőzónákat.

K: Ugyanaz-e a nyomtatott ezüst áramkör, mint a réz FPC? A: Nem. A PET-re nyomtatott ezüst egy additív, alacsony hőmérsékleten működő eljárás, amely alacsony áramfelvételre, gyors gyártásra és átlátszó tervekre alkalmas. A réz FPC a PI-n történő szubtraktív maradékolást használja, és finomabb vezetékek kialakítását, magasabb áramterhelést, SMT-reflow-ot és ellenállásvezérelt impedanciát teszi lehetővé.

K: Átlátszók lehetnek a nyomtatott elektronikai elemek? A: Igen. A VMANX AgNW átlátszó megoldása 50–100 Ω/négyzet felületi ellenállást és legalább 89%-os áteresztést biztosít 550 nm-en. A szokásos nyomtatott ezüst látható; az átlátszósághoz különleges AgNW-konstrukció szükséges.

K: Szerelhetők-e alkatrészek közvetlenül a PET-ezüst áramkörökre? A: Igen, de nem szokásos, magas hőmérsékleten végzett reflow-folyamattal. A PET-alapú alkatrészekhez alacsony hőmérsékleten ragadó vezetőképes ragasztót használnak. Azokban az alkalmazásokban, amelyek hagyományos SMT-reflow-folyamatot igényelnek, a PI-réz platformot érdemes használni.

K: Mennyire rugalmasak az áramkörök? A: A közzétett PET-ezüst platform az előírt MIT-teszt szerint több mint 50 000 hajlítási ciklust bír el, míg a PI-réz RA-rézzel több mint 200 000 ciklust. A tényleges élettartam függ a hajlítási sugártól, a réteg vastagságától, a vezeték irányától és az összeszerelési feszültségképződés csökkentésétől.

K: Milyen festékek használhatók nyomtatott érzékelőkben? A: Ezüstfesték vezető pályákat képez, szénfesték ellenállásos vagy erőérzékeny elemeket, dielektromos festék pedig szigetelést és védelmet biztosít. A pontos rétegszerkezet az érzékelési elvtől és az elektromos célkitűzéstől függ.

K: Milyen tanúsítás vonatkozik erre az ipari nyomtatott elektronikai platformra? A: A VMANX az ipari platformot az ISO 9001 szabvány szerint gyártja, és megfelel a RoHS és REACH anyagokra vonatkozó előírásoknak. Termékspecifikus jóváhagyások a végfelhasználási területtől függenek, és a kész terméket forgalomba hozó márkát illetik.

K: Egy projekt kombinálhat nyomtatott érzékelőket és réz FPC-t? Igen. A hibrid architektúra nyomtatott fóliát használhat nagyfelületű érzékelésre vagy érintésérzékelő rétegként, valamint PI réz FPC-t sűrű alkatrészek, tápellátás és csatlakozóvezetékek elhelyezésére. A két elem közötti interfésznek ellenállóképesnek, feszültségként történő terhelés elleni védelemmel ellátottnak és a kiválasztott gyártási hőmérsékletre optimalizáltnak kell lennie.

OEM mérnöki támogatás

A VMANX támogatja a nyomtatott elektronikai programokat az anyag- és folyamatválasztástól kezdve a kapcsolási rajz elkészítésén, a prototípus gyártásán át a sorozatgyártásra történő áttörésig. A ipari termékválaszték tartalmazza rugalmas nyomtatott áramkörök ,nyomásérzékeny ellenálló ,membrános potenciométerek ,VMI rendszerek és PVDF piezoelektromos érzékelők . Részletes műszaki adatok érhetők el a két sorozatú ipari FPC platformhoz ,ipari vékonyrétegű FSR-hez ,PVDF fóliaérzékelőhöz és membránkapcsoló specifikációhoz .

Összefoglalás

A nyomtatott elektronika eltünteti a határt az áramkör és a felület között. A vezetők, ellenállások, elektródák, szigetelések és interfészfüggvények közvetlenül rugalmas fóliákra nyomtathatók, majd laminálhatók, kivághatók és egy mérnöki összetevőként tesztelhetők. A kereskedelmi érték nem csupán a vékonysságban rejlik – hanem kevesebb különálló alkatrészben, kisebb mechanikai térfogatban és egy olyan érzékelőarchitektúrában, amely a termék formájához igazodik, nem pedig egy merev nyomtatott áramköri lap köré kell kényszeríteni a terméket.