Медные ПИ-проводники и серебряные ПЭТ-проводники: какой выбрать | VMANX

Два технологических маршрута изготовления гибких печатных плат: травленая медная фольга на полимидной основе (слева) и трафаретно напечатанная серебряная паста на полиэтилентерефталатной основе (справа).

VMANX — производитель печатной электроники, сертифицированный по стандарту ISO 9001 и расположенный в городе Дунгуань, Китай, изготавливает гибких печатных плат (FPC) по двум принципиально разным технологическим маршрутам: травленую медную фольгу на полимидной основе (VMX-FPC-CU) и трафаретно напечатанную серебряную пасту на полиэтилентерефталатной основе (VMX-FPC-AG) . Инженеры выбирают между ними каждый раз при входе нового гибкого межсоединения в стадию проектного анализа, поскольку это решение определяет себестоимость, метод монтажа компонентов и рабочую температуру на весь срок службы изделия. Один маршрут предполагает удаление материала, другой — его добавление; именно это единственное различие оказывает влияние на все последующие технические характеристики.

Два маршрута, две производственные философии

Это различие не связано с разницей в классах. Это различие в философии производства, и каждая такая философия основана на собственных физических принципах.

Субтрактивное травление (PI-медь) начинается с медной фольги, полностью ламинированной на полимидную плёнку. Фоторезист подвергается экспозиции по контуру схемы, после чего химический травитель растворяет весь медьсодержащий слой, не входящий в проект. В результате остаётся прокатанно-отожжённая медь — настоящий металлический проводник с металлической проводимостью, пригодный к пайке при температуре рефлоу и обеспечивающий точность размеров до 75/75 мкм по линии и зазору.

Аддитивная печать (PET-серебро) начинается с чистой полиэстеровой плёнки. Проводящая серебряная паста наносится методом трафаретной печати непосредственно на подложку в форме схемы, а затем термически отверждается. Ничего не удаляется, химический травитель не расходуется, и фототехнологическое оснащение не требуется. Проводник представляет собой отверждённый композит из серебряных частиц в полимерном связующем — электрически достаточный для передачи сигналов, но не являющийся сплошной металлической фольгой.

Это структурное различие объясняет всё последующее: почему один тип допускает пайку волной припоя, а другой — нет; почему один выдерживает температуру до +150 °C, а другой — только до +80 °C; и почему один можно изготовить оптически прозрачным, тогда как другой принципиально не может быть прозрачным.

Процесс A — травленая медная фольга на полимидной подложке (VMX-FPC-CU)

Рисунок 1 — Гибкие печатные платы с медной фольгой на полимидной подложке с припаянными контактными куполами и золотыми контактными хвостовиками.

Точность и плотность компонентов

Прокатанная и отожжённая медь на полимидной подложке обеспечивает минимальные значения ширины проводника и расстояния между проводниками 75/75 мкм в стандартном исполнении и 50/50 мкм при толщине меди 0,5 унции. Такое разрешение позволяет использовать разъёмы с мелким шагом и размещать компоненты высокой плотности — чего невозможно достичь с помощью печатного серебра.

Поскольку проводник выполнен из цельного металла, волновое сопротивление можно контролировать с точностью ±10 %: 50 Ом для одиночного сигнала или 100 Ом для дифференциальной пары — что является обязательным требованием для любых высокоскоростных дифференциальных линий. Печатное серебро не позволяет контролировать волновое сопротивление вообще, поэтому любой дизайн, передающий сигналы USB, LVDS или видеосигналы камеры, исключается уже на этом этапе анализа технического описания.

Совместимость с истинным процессом рефлоу SMT

Полиимид выдерживает температуру 260 °C в течение 10 секунд и переносит пиковые профили рефлоу до 330 °C. При финишной обработке поверхности методом ENIG плата проходит стандартную линию SMT: нанесение паяльной пасты, установка компонентов методом «pick-and-place», прохождение через печь рефлоу. Светодиоды, резисторы, разъёмы, ИС драйверов и металлические куполообразные кнопки монтируются пайкой — с промышленной скоростью и надёжностью паяных соединений.

Это решающее преимущество для серийного производства. Если в конструкции используется более нескольких компонентов, медная фольга на полиимидной основе превращает монтаж компонентов из ручной операции в автоматизированную.

Высокий ток и высокая температура

При толщине меди 35 мкм и ширине проводника 0,3 мм цепь способна пропускать приблизительно 1,4 А при повышении температуры на 10 °C; при использовании меди толщиной 1 унция (ок. 35 мкм) ток возрастает до 2 А. Рабочий диапазон температур составляет от −40 °C до +150 °C — достаточно широк для размещения вблизи двигателя, в промышленных печах и в наружном оборудовании в полярных климатах.

Гибкость жизни превышает 200 000 циклов при использовании отожжённой меди с закруглёнными краями диаметром R0,8 мм в MIT, что в четыре раза превышает долговечность печатного серебра — это имеет значение для любой цепи, многократно изгибающейся в процессе эксплуатации: головки принтеров, складные шарниры, роботизированные соединения.

Процесс B — Печать серебра на PET (VMX-FPC-AG)

Рисунок 2 — Печатные серебряные цепи на PET с проводящими клеевыми куполами и печатными хвостовиками.

Более низкая стоимость, отсутствие барьера инструментальной подготовки

Трафаретная печать полностью исключает этап травления: не требуется фотошаблон, химический травитель или утилизация медных отходов. Себестоимость крупносерийного производства ниже, чем у медного маршрута, а поскольку инструменты для травления отсутствуют, нет строгого штрафа за минимальный объём заказа (MOQ) при мелкосерийном производстве.

Срок изготовления прототипов составляет 3–5 рабочих дней по сравнению с 5–7 днями для медных цепей; срок массового производства — 7–10 дней против 12–15. Для конструкции, находящейся в стадии итераций, эта разница накапливается при каждом цикле доработки.

Прозрачность — функция, недостижимая для меди

Полиэтилентерефталатная плёнка оптически прозрачна, а вариант с серебряными нанопроволоками (AgNW) обеспечивает поверхностное сопротивление 50–100 Ом/кв. при коэффициенте пропускания 89 % и выше при длине волны 550 нм. Это делает возможной по-настоящему прозрачную печатную плату — слои сенсорного управления поверх дисплеев, подсвечиваемые панели, где проводники должны исчезать из поля зрения, графические наложенные элементы с подсветкой и невидимой трассировкой.

Ни один процесс травления меди не способен этого достичь. Медь по своей природе непрозрачна. Если в конструкции требуется, чтобы цепь оставалась невидимой, выбор технологического процесса определяется до обсуждения любых других параметров.

Границы возможного

Честность в отношении ограничений предотвращает отказы в эксплуатации. У ПЭТ низкая температура стеклования, и его нельзя паять — термический профиль пайки деформирует подложку. Компоненты монтируются исключительно с помощью низкотемпературного токопроводящего клея, что подходит для металлических куполов и простых контактов, но не является производственным решением для плотных полей компонентов.

Текущая пропускная способность ограничена примерно 0,8 А при использовании серебряного покрытия толщиной 10 мкм на проводнике шириной 1,0 мм с термическим ограничением. Рабочий температурный диапазон: от −20 °C до +80 °C; минимальные значения ширины проводника и расстояния между проводниками — 150/150 мкм (100/100 мкм при применении усовершенствованного технологического процесса); срок службы в режиме изгиба составляет около 50 000 циклов; контроль волнового сопротивления не рекомендуется.

Сравнение бок о бок

Как принять решение менее чем за минуту

Четыре вопроса решают почти каждый случай:

1. Требуется ли для конструкции пайка в печи для поверхностного монтажа (SMT)? Если да, решение очевидно — медная фольга на полимидной подложке (PI). Полиэтилентерефталат (PET) не выдерживает пайки в печи, и никакие технические ухищрения этого не изменят.

2. Должна ли какая-либо часть схемы быть прозрачной? Если да, выбор однозначен в противоположном направлении — серебряные проводники на PET с использованием нанопроволок серебра (AgNW). Медь непрозрачна.

3. Превышает ли рабочая температура +80 °C или опускается ниже −20 °C? Вне этого диапазона допустима только медная фольга на полимидной подложке (PI).

4. Проходит ли по какому-либо проводнику ток свыше 0,8 А или требуется контроль волнового сопротивления? Оба критерия указывают на необходимость применения медной фольги на полимидной подложке (PI).

Если ни один из четырёх критериев не применим — речь идёт о сигнальной цепи малого тока, с 1–2 слоями, с небольшим количеством или без паяных компонентов, при благоприятных температурных условиях — то серебряные проводники на PET обеспечивают ту же функциональность при меньшей стоимости и более коротких сроках изготовления. Выбор меди в таком случае означает оплату избыточных характеристик, которые в проектировании никогда не будут задействованы.

Часто задаваемые вопросы клиентов

Вопрос: Какой процесс изготовления гибких печатных плат (FPC) дешевле при серийном производстве?

A: Печатное серебро на ПЭТ имеет более низкую себестоимость на единицу объёма. Оно исключает необходимость изготовления фотошаблонов, использования травильных химикатов и образования медных отходов, а также не предусматривает строгих минимальных объёмов заказа (MOQ), поскольку не требует амортизации инструментов для травления. Экономия реальна только в том случае, если конструкция укладывается в пределы возможностей ПЭТ: ток ≤0,8 А, диапазон температур от −20 °C до +80 °C, отсутствие пайки в печи с принудительной конвекцией.

Q: Можно ли монтировать SMD-компоненты на гибкий печатный кабель (FPC) с серебряным покрытием на ПЭТ?

A: Нет, пайка в печи с принудительной конвекцией здесь невозможна. У ПЭТ низкая температура стеклования, и материал деформируется в конвекционной печи. Компоненты можно крепить только с помощью проводящего клея низкотемпературного типа — такой способ хорошо подходит для металлических пружинных куполов и простых контактов, но не обеспечивает производственной скорости при плотном размещении компонентов. Любая конструкция с существенным количеством SMT-компонентов должна использовать полимидную основу с медью.

Q: Почему срок службы PI copper в условиях изгиба в четыре раза больше?

A: Отожжённая в процессе прокатки медь имеет вытянутую зернистую структуру, ориентированную вдоль направления прокатки, что препятствует распространению трещин при многократном изгибе. Печатное серебро представляет собой композит из частиц и связующего; при многократном изгибе постепенно нарушается контакт между частицами, что приводит к росту сопротивления. Таким образом, достигается 200 000 циклов по сравнению с 50 000 при испытании MIT R0,8 мм.

Q: Действительно ли возможна прозрачная гибкая печатная плата?

A: Да, на основе ПЭТ-подложки с использованием слоя серебряных нанопроволок (AgNW), обеспечивающего поверхностное сопротивление 50–100 Ом/кв. при коэффициенте пропускания света 89 % и выше при длине волны 550 нм. Такая технология подходит для прозрачных сенсорных слоёв, подсвечиваемых панелей и дисплейных накладок. Травлёная медь не может быть сделана прозрачной ни при какой толщине.

Q: Какой срок изготовления следует запланировать?

A: Прототипы на ПЭТ-подложке с серебряным проводящим слоем изготавливаются за 3–5 рабочих дней, а серийное производство — за 7–10 дней. Прототипы на полимидной (PI) подложке с медным проводящим слоем изготавливаются за 5–7 рабочих дней, а серийное производство — за 12–15 дней, что обусловлено дополнительными операциями сверления, металлизации, травления и финишной обработки поверхности.

Q: Можно ли использовать оба технологических процесса в одном изделии?

А: Да, и гибридные конструкции являются распространёнными. Плотная плата контроллера использует медную фольгу с полиимидной подложкой (PI) для участка с поверхностным монтажом (SMT), в то время как цепь из серебра на полимерной основе (PET) обеспечивает работу клавиатуры с низким током или прозрачного сенсорного слоя; оба элемента соединяются разъёмом. VMANX самостоятельно запускает обе технологические линии, поэтому один поставщик может предоставить коммерческое предложение и изготовить полный комплект межсоединений.

В: Какая система качества охватывает эти изделия?

А: Обе серии производятся в соответствии с системой менеджмента качества ISO 9001, а также соответствуют требованиям директив RoHS и REACH по химическим веществам; при этом применяются классовые требования стандарта IPC-6013 к гибким печатным платам. Каждая партия проходит электрическое испытание перед упаковкой.

Анализ технологичности конструкции (DFM) и инженерная поддержка

Ранний выбор технологического маршрута позволяет избежать дорогостоящей повторной разработки после изготовления оснастки. Инженеры VMANX анализируют принципиальные схемы с учётом обоих маршрутов и предоставляют отчёт по технологичности конструкции (DFM), в котором рассматриваются ширина проводников и их способность выдерживать заданный ток, радиус изгиба с учётом геометрии установки, метод крепления компонентов и стратегия применения жёстких вставок. Полные технические описания публикуются на странице промышленный гибкий печатный платы (FPC) датчик с более широким гибких печатных плат (FPC) дальность действия и связанные с ней параметры Hmi human machine interface и переключатель мембраны продукты, охватывающие полные сборки интерфейсов.

Заключение

Не существует «лучшего» технологического маршрута — есть лишь правильный маршрут для каждой конкретной конструкции. Гравированные медные фольги на полимидной (PI) основе обеспечивают точность, совместимость с процессом рефлоу, пропускную способность по току и рабочий температурный диапазон. Печатные серебряные проводники на полиэтилентерефталатной (PET) основе обеспечивают более низкую стоимость, более короткие сроки изготовления и оптическую прозрачность. Определение четырёх применимых ограничений до начала разводки печатной платы — вот что отличает чистый выпуск в производство от необходимости доработки после изготовления первого образца.

Рекомендации для СМИ и SEO

Главное изображение: имя файла: pi-copper-vs-pet-silver-fpc-comparison.jpg | ALT: «Сравнение сбоку гравированных гибких печатных плат (FPC) из янтарного полимида с медью и зелёных гибких печатных плат (FPC) из PET с напечатанным серебром, с указанием технологических характеристик»

Рисунок 1: имя файла: etched-pi-copper-fpc-smt-assembly.jpg | ALT: «Сборки гибких печатных плат (FPC) из янтарного полимида с медью, с припаянными металлическими куполообразными кнопками и контактными хвостовиками с золотым покрытием»

Рисунок 2: имя файла: printed-pet-silver-fpc-flexible-circuit.jpg | ALT: «Зелёные гибкие печатные платы (FPC) из PET с токопроводящими дорожками из серебряной пасты, нанесённой трафаретной печатью, и куполообразными кнопками, установленными на токопроводящем клее»

Видео (YouTube): «PI медь против PET серебро FPC — руководство по выбору гибкого печатного процесса | VMANX»

Основное ключевое слово: PI медь против PET серебро FPC

Вторичные ключевые слова: сравнение процессов гибких печатных плат, травленая медная фольга FPC, печатные цепи из серебряной пасты, прозрачные гибкие цепи AgNW, руководство по выбору FPC, SMT-рефлоу гибких цепей

Мета-описание (156 символов): «Сравнение PI меди и PET серебра FPC: травленая медная фольга поддерживает SMT-рефлоу, ток до 2 А и диапазон температур от −40 до +150 °C; печатное серебро обеспечивает более низкую стоимость и прозрачные варианты AgNW.»

Область сертификации (промышленное семейство F4): ISO 9001 · RoHS · REACH · ссылка на IPC-6013

Примечание к публикации: отображать дату публикации на главной странице новостей; поддерживать темп публикации 2–4 статьи в месяц.