Tlačená elektronika pre flexibilné senzory | VMANX

VMANX, výrobca tlačených elektronických zariadení certifikovaný podľa normy ISO 9001 a založený v roku 2006, vyvíja tlačené elektronické súčiastky pre flexibilné senzory v meste Dongguan v Číne pre priemyselné riadenie, chytré spotrebiče, robotiku a tenké ľudsko-strojové rozhrania. Tento proces ukladá strieborné, uhlíkové a dielektrické farby priamo na polyetylentereftalátové (PET), polyimidové (PI) alebo funkčné polymérne fólie, pretože obvod musí byť ohybný, zmestiť sa do obmedzeného priestoru a často zároveň snímať silu, dotyk, polohu alebo vibrácie na rovnakom povrchu. Kombináciou tlače vzorov, kontrolovanej úpravy, laminácie, vyrezávania a elektrického testovania môže jedna tenká fóliová súčiastka nahradiť samostatné káble, prepínače a snímacie prvky.

Obvod sa môže stať súčasťou povrchu

Tradičné elektronické zariadenia začínajú s tuhým panelom a vyžadujú od výrobku, aby pre ne vytvoril priestor. Tlačené elektronické zariadenia začínajú s povrchom výrobku a pýtajú sa, ktoré elektrické funkcie je možné integrovať do tejto geometrie.

Vodivý vzor môže slúžiť ako prepojenie. Uhlíková farba môže tvoriť odporový prvok. Tlačená elektroda môže zberať biologický alebo piezoelektrický signál. Dielektrická vrstva umožňuje, aby sa dve obvody križovali bez skratu.

Výsledkom nie je len tenšia doska obvodu. Je to iná architektúra: senzorová vrstva, vedenie a používateľské rozhranie zdieľajú jeden flexibilný nosič namiesto toho, aby boli zostavené ako samostatné mechanické súčasti.

Hlavné vlastnosti a výhody Aditívne tvorenie vzorov používa materiál iba tam, kde je funkcia potrebná

V obvode z PET s tlačeným striebrom sa vodivá pasta nanáša iba tam, kde je potrebná vodivá dráha, elektroda alebo kontakt. Oficiálny proces VMX-FPC-AG začína rezaním PET a korónovou úpravou, nasleduje tlač striebra, tepelné tuhnutie, voliteľná tlač dielektrika alebo uhlíka, laminovanie tužidla pri nízkej teplote, rezanie a elektrické testovanie.

Táto prídavná metóda vyhýba úplnej sérii odstraňovania medi používanéj pri chemicky leptaných obvodoch. Pre signálne cesty s nízkym prúdom a jednoduché návrhy s jednou alebo dvoma vrstvami to znamená rýchlejšie vytváranie prototypov a nižšie náklady na výrobu v menších objemoch bez nutnosti platiť za výkon, ktorý aplikácia nepoužíva.

Funkčné atramenty premieňajú jednu fóliu na niekoľko komponentov

Tlačená elektronika je hodnotná, pretože každý atrament plní inú elektrickú funkciu:

• Strieborná pasta tvorí vodiče s nízkym odporom a kontaktové plošky.

• Uhlíková farba tvorí odporové dráhy a zóny citlivé na silu.

• Dielektrický atrament izoluje križujúce sa vodiče a chráni vybrané oblasti.

• Tlačené elektrody spájajú mechanický, dotykovo alebo piezoelektrický vstup do obvodu.

Nanášaním týchto materiálov na jednu podložku môže inžinier vytvoriť tlakový senzor, membránový potenciometer, dotykové rozhranie alebo zber signálu bez nutnosti pridať samostatný káblový zväzok pre každú funkciu.

Flexibilné podložky sa umiestnia tam, kde sa tuhé dosky nezmestia.

PET je dostupný v hrúbkach 50, 75, 100, 188 a 250 μm, vrátane priehľadných možností. Podložky z PI sú dostupné v hrúbkach od 12,5 do 125 μm, ak sa vyžadujú vyššie teploty, presnejšie geometrie alebo montáž SMT. Fólia PVDF pridáva aktívnu piezoelektrickú vrstvu pre snímanie vibrácií, akustických javov a dynamických síl.

Tieto fólie sa dajú obvinúť okolo zakrivení, prejsť pod prekrytiami, preniknúť úzkymi puzdrami a zostať skryté vo výslednom výrobku. Obvod je navrhnutý podľa mechanického obalu namiesto toho, aby sa puzdro muselo prispôsobiť doske.

Tlačená elektronika podporuje viac ako jeden fyzikálny princíp senzorov.

Rovnaká výrobná platforma umožňuje niekoľko elektrických správaní:

• Piezorezistívny FSR premení pôsobiacu silu na zmenu odporu.

• Kapacitný dotyk zisťuje blízkosť alebo dotyk prsta prostredníctvom prekrytia.

• Membránová potenciometria premení lineárnu alebo rotačnú polohu na analógový výstup.

• PVDF piezoelektrická fólia premení dynamickú silu, vibrácie alebo akustickú energiu na náboj.

• Membránové prepínanie kombinuje tlačené obvody s dotykovými klenbami, prekrytiami a voliteľným osvetlením.

Toto je dôležité pre tímy OEM, pretože jeden dodávateľ dokáže vyriešiť niekoľko rozhraní pomocou súvisiacich materiálov, nástrojov a logiky kontrolných postupov namiesto zavádzania samostatného výrobného reťazca pre každý typ snímania.

Tri materiálové platformy, tri inžinierske okná

Tlačená elektronika nie je univerzálny materiálový balík. Správna platforma závisí od teploty, prúdu, životnosti pri ohybe, optických požiadaviek a spôsobu montáže.

PET strieborné tlačené obvody – rýchle, tenké a potenciálne priehľadné

VMX-FPC-AG využíva striebornú pastu aplikovanú sitotlačom na PET. Štandardná suchá hrúbka striebra je 5–15 μm, minimálna šírka vodiča/medzera je 150/150 μm, pri pokročilom procese je dosiahnuteľná aj 100/100 μm a maximálny prúdový výkon dosahuje až 0,8 A za uvedených podmienok vodiča. Prevádzkový rozsah teplôt je od –20 °C do +80 °C pri viac ako 50 000 cykloch ohybu.

Jeho odlišujúcou vlastnosťou je optická voľnosť: voliteľná verzia s AgNW dosahuje aspoň 89 % priepustnosť pri vlnovej dĺžke 550 nm so štvorcovým odporom 50–100 Ω/štvorček. To robí túto platformu vhodnou pre priehľadné dotykové zariadenia, nízkovýkonové senzory, LED pásky a rýchle prototypy. Kompromis je rovnako jasný: PET nie je vhodný pre reflow spájkovanie a montáž komponentov vyžaduje nízkoteplotný vodivý lepiaci prostriedok.

PI mediene FPC – presnosť, prúdový výkon a kompatibilita so SMT

VMX-FPC-CU využíva ryhovanú meďovú fóliu na polyimidovej podložke (PI). Podporuje minimálnu šírku vodivých dráh a medzier 75/75 μm, pri 50/50 μm s hrúbkou medi 0,5 uncia, riadenú impedanciu 50 Ω jednosmerného signálu alebo 100 Ω diferenciálneho signálu s toleranciou ±10 % a viac ako 200 000 cyklov ohybu pri použití medi RA podľa uvedenej skúšobnej metódy. Prevádzkový teplotný rozsah sa pohybuje od –40 °C do +150 °C a konštrukcia umožňuje spájkovanie reflow.

Táto platforma je správnou voľbou v prípadoch, keď obvod prenáša vyšší prúd, vyžaduje husté umiestnenie komponentov, musí odolať opakovanému dynamickému ohybu alebo musí zabezpečiť riadenú impedanciu. Nie je to najlacnejšie riešenie, avšak poskytuje elektrickú a montážnu rezervu, ktorú nesposkytuje cesta s tlačením striebrom.

Elektrody tlačené z PVDF – samotná fólia sa stáva snímačom

Platforma VV-PVDF6866 využíva vysokopuritnú PVDF fóliu s tlačenými elektródami z striebornej pasty a viacvrstvovou ochranou. Základná fólia je dostupná s hrúbkou 28, 44 a 110 μm; vrstva elektród má hrúbku 5–10 μm. Publikované výkonné charakteristiky zahŕňajú frekvenčnú odpoveď od 0,1 Hz do 100 MHz, chybu linearity ±1 % plného rozsahu, prevádzkový rozsah od –20 °C do +85 °C a dielektrické prienikové napätie minimálne 1800 VDC pre fóliu s hrúbkou 44 μm.

V tomto prípade tlačená elektróda neprenáša len signál od samostatného senzora – zhromažďuje náboj priamo z aktívnej fólie. To umožňuje výrobu tenkých, pružných senzorov vibrácií, akustických vln a dynamických síl pre monitorovanie zariadení, dopravu, vývoj lekárskych prístrojov a nositeľné systémy spätnej väzby.

Technické špecifikácie

Uvedené hodnoty sú špecifikácie výrobkového platformy spoločnosti VMANX, nie všeobecné limity pre každý návrh tlačených elektronických zariadení. Konečný výkon závisí od geometrie, atramentu, podkladu, režimu tuhnutia a metódy integrácie.

Výrobný reťazec, ktorý určuje opakovateľnosť 1. Príprava podkladu

Fólia sa dodáva ako mechanický materiál, nie ako elektronická súčiastka. Čistenie, strihanie a úprava povrchu rozhodujú o tom, či funkčná farba navlhne a spojí sa rovnomerne. Striedavé povrchové úpravy (corona treatment) sa používajú pred tlačou strieborných obvodov z PET; nedostatočne upravený povrch môže na prvý pohľad vyzeráť v poriadku, ale neskôr zlyhá pri ohybe alebo za vlhkejšieho prostredia.

2. Nanášanie funkčnej farby

Sieťová tlač alebo presná vzorová tlač definuje vodivú a snímaciu geometriu. Šírka vodiča, hrúbka vysušenej vrstvy a presnosť zamerania ovplyvňujú odpor a konzistenciu medzi jednotlivými kanálmi. Nízkokvalitná farba nanášaná nekonzistentne nie je nízkokvalitný obvod – je to premenný rezistor maskovaný ako vodiaca dráha.

3. Kontrolované tuhnutie a postupné vytváranie vrstiev

Energia uvádzania do konečného stavu určuje, či tlačené striebro dosiahne požadovanú vodivosť a priľnavosť. Voliteľné uhlíkové a dielektrické vrstvy pridávajú funkcie snímania alebo izolácie, avšak každá nová vrstva zavádza interakcie medzi zarovnaním (registráciou) a postupným uvádzaním do konečného stavu, ktoré je potrebné overiť ako celok.

4. Laminovanie, vyrezávanie a elektrické testovanie

Pred konečným vyrezávaním sa pridávajú ochranné vrstvy, tužidlá, lepiace systémy a konektory. Elektrické testovanie následne kontroluje spojitosť, izoláciu a príslušnú odpoveď senzora. Práve v tomto bode sa tlačený vzor mení na regulovanú súčiastku a nie na dekoratívnu fóliu.

Keď je tlačená elektronika nesprávnou voľbou

Tlačená elektronika je výhodná v prípadoch, keď je dôležitejšia geometria, tenkosť, pružnosť, priehľadnosť alebo integrované snímanie než maximálna hustota vodičov a odolnosť voči výkonu. Nie je automaticky najlepšou možnosťou pre každý obvod.

Ak výrobok vyžaduje husté SMT osadenie, opakované vysokoteplotné spájkovanie, riadenú impedanciu alebo prúd nad tepelným limitom striebornej platformy, potom je PI meďová FPC silnejšou voľbou. Ak vyžaduje meranie statickej hmotnosti pri nízkych frekvenciách s presnosťou laboratórnych podmienok, je vhodnejšia snímacia buňka (load cell) než FSR. Ak je požiadavkou detekcia prítomnosti na úrovni miestnosti a nie tlaku na jednom povrchu, radar sa môže hodiť viac ako senzorový koberček.

Technická výhoda spočíva nielen v tom, že sa každý projekt nenúti použiť jedinú technológiu. Ide o výber platformy s najnižšou zložitosťou, ktorá stále spĺňa skutočnú požiadavku.

Často kladené otázky zákazníkov

Otázka: Čo sú tlačené elektroniky? Odpoveď: Tlačené elektroniky ukladajú vodivé, odporové, dielektrické alebo aktívne materiály do vzorov na substráte, napríklad PET, PI alebo PVDF. Vytlačené vrstvy vytvárajú obvody, elektrody a senzorové zóny priamo na fólii.

Otázka: Je tlačený strieborný obvod rovnaký ako meďová FPC? A: Nie. Tlačené striebro na PET je prídavný, nízkoteplotný proces vhodný pre nízko-prúdové, rýchle výrobné cykly a priehľadné konštrukcie. Medené FPC využívajú odstraňovacie leptanie na PI a umožňujú užšie dráhy, vyšší prúd, SMT reflow a riadenú impedanciu.

Q: Môžu byť tlačené elektroniky priehľadné? A: Áno. VMANX ponúka priehľadnú možnosť s AgNW s publikovaným povrchovým odporom 50–100 Ω/štv. a priepustnosťou aspoň 89 % pri vlnovej dĺžke 550 nm. Štandardné tlačené striebro je viditeľné; priehľadnosť vyžaduje špeciálnu konštrukciu s AgNW.

Q: Je možné komponenty montovať priamo na strieborné obvody na PET? A: Áno, avšak nie pomocou štandardného vysokoteplotného reflow. Komponenty na PET sa montujú pomocou nízkoteplotného vodivého lepidla. Aplikácie vyžadujúce konvenčný SMT reflow by mali využívať medenú platformu na PI.

Q: Ako pružné sú obvody? A: Publikovaná PET strieborná platforma prekračuje 50 000 cyklov ohybu podľa uvedenej skúšobnej metódy MIT, zatiaľ čo PI meď s RA medenou fóliou prekračuje 200 000 cyklov. Skutočná životnosť závisí od polomeru ohybu, hrúbky vrstvy, smeru vodičov a mechanického vybavenia pri montáži.

Q: Aké farby sa používajú v tlačenom senzore? A: Strieborná farba tvorí vodivé dráhy, uhlík môže tvoriť odporové alebo sily citlivé prvky a dielektrická farba poskytuje izoláciu a ochranu. Presná vrstvová štruktúra závisí od princípu snímania a elektrických požiadaviek.

Q: Aké certifikáty sa vzťahujú na túto priemyselnú platformu tlačených elektronických obvodov? A: Priemyselnú platformu vyrába spoločnosť VMANX v súlade so štandardom ISO 9001 a s dodržaním požiadaviek RoHS a REACH. Konkrétne schválenia pre jednotlivé výrobky závisia od konečného použitia a sú v držaní značky, ktorá uvádza hotový výrobok na trh.

Q: Môže jeden projekt kombinovať tlačené senzory a meďové FPC? Áno. Hybridná architektúra môže využívať tlačenú fóliu pre senzorickú alebo dotykovú vrstvu s veľkou plochou a PI meďové FPC pre husté komponenty, napájanie a trasovanie konektorov. Rozhranie medzi týmito dvoma časťami musí byť navrhnuté tak, aby odolávalo odporu, deformácii a zvolenej teplote montáže.

Technická podpora výrobcu originálnych súčiastok (OEM)

VMANX podporuje programy tlačených elektronik od výberu materiálov a procesov cez návrh obvodov, výrobu prototypov a uvedenie do výroby. průmyslový portfólio zahŕňa flexibilné tlačené obvody ,snímače sily na základe odporu ,membránové potenciometre ,Systémy HMI a PVDF piezoelektrické senzory . Podrobné technické údaje sú k dispozícii pre dvojradovú priemyselnú FPC platformu ,priemyselný tenkofilmový FSR ,Senzor z PVDF fólie a špecifikáciu membránového prepínača .

Záver

Tlačená elektronika odstraňuje hranicu medzi obvodom a povrchom. Vodiče, odpory, elektrody, izolácia a rozhranové funkcie možno priamo vytlačiť na flexibilné fólie, ktoré sa následne laminujú, strihajú a testujú ako jeden technicky navrhnutý komponent. Komerčná hodnota neleží len v tenkosti – ide o menší počet samostatných súčastí, menší mechanický objem a architektúru snímačov prispôsobenú výrobku namiesto toho, aby sa výrobok musel prispôsobiť tuhému dosahu.