Tiskana elektronika za fleksibilne senzorje | VMANX

VMANX, proizvajalec tiskane elektronike s certifikatom ISO 9001, ustanovljen leta 2006, razvija tiskano elektroniko za fleksibilne senzorje v Dongguanu, Kitajska, za industrijsko avtomatizacijo, pametne gospodinjske naprave, robotiko in tanke človeško-strojne vmesnike. Postopek nanaša srebrne, ogljikove in dielektrične črnila neposredno na PET-, PI- ali funkcionalne polimerni film, saj mora vezje biti upogljivo, se prilegati omejenemu prostoru in pogosto zaznavati silo, dotik, položaj ali vibracije na isti površini. Z združitvijo tiskanja vzorcev, nadzorovane utrjevanja, laminiranja, izrezovanja z izrezkalnimi orodji in električnega testiranja lahko en komponenta iz tankih filmov nadomesti ločene žične povezave, stikala in senzorske elemente.

Vezje lahko postane del površine

Konvencionalna elektronika se začne z togim vezjem in zahteva, da izdelek zagotovi prostor za njega. Tiskana elektronika se začne z površino izdelka in preučuje, katere električne funkcije je mogoče vgraditi v to geometrijo.

Vodljiv vzorec lahko postane povezovalnik. Soglika iz ogljikovega črnila lahko tvori uporni element. Natisnjena elektroda lahko zazna biološki ali piezoelektrični signal. Dielektrični sloj omogoča, da se dve vezju prekrijeta brez kratkega stika. Kovinske kupole, LED-diode in priključki se nato integrirajo tam, kjer vmesni mehanizem zahteva fizično povratno informacijo ali osvetlitev.

Rezultat ni preprosto tanjša tiskana ploščica. Gre za drugačno arhitekturo: plasti za zaznavanje, vodniki in vmesni mehanizem za uporabnika delijo eno fleksibilno nosilno površino namesto, da bi bili sestavljeni kot ločeni mehanski deli.

Ključne značilnosti in prednosti Aditivno oblikovanje uporablja material le tam, kjer je funkcija potrebna

Pri srebrno natisnjeni PET-krožnici se vodljiva pasta nanese le tam, kjer je potreben vodnik, elektroda ali stik. Uradni proces VMX-FPC-AG vključuje rezanje PET-materiala in koronsko obdelavo, nato srebrno tiskanje, toplotno utrjevanje, po potrebi nanos dielektričnega sloja ali črnila iz ogljika, laminacijo trdilne plastike pri nizki temperaturi, rezanje in električno preskušanje.

Ta dodatna pot izogne popolni odstranitvi bakra, ki se uporablja pri izrezanih vezjih. Pri signalnih poteh z nizko tokovno obremenitvijo in preprostih eno- ali dvoslojnih konstrukcijah to pomeni hitrejše izdelavo prototipov in nižje stroške pri manjših količinah, pri čemer ne plačujete za zmogljivost, ki jo aplikacija ne potrebuje.

Funkcionalne črnilke spremenijo eno folijo v več komponent

Tiskana elektronika je dragocena, ker vsaka črnilek opravlja drugačno električno funkcijo:

• Srebrna pasta oblikuje vodnike z nizko odpornostjo in kontaktne ploščice.

• Karbonovo črnilo oblikuje uporniške sledi in območja, občutljiva na silo.

• Dielektrično črnilo izolira križajoče se vodnike in ščiti izbrane regije.

• Natisnjene elektrode združi mehanske, dotikne ali piezoelektrične vhodne signale v vezje.

Z nalaganjem teh materialov na eno podlago lahko inženir ustvari senzor tlaka, membranski potenciometer, vmesnik za dotik ali zajem signala brez dodajanja ločenega žičnega povezava za vsako funkcijo.

Flexible podlage se prilegajo tam, kjer trdne plošče ne morejo

PET je na voljo v debelini 50, 75, 100, 188 in 250 μm, vključno z prosojnimi izvedbami. Podlage iz polimida (PI) so na voljo v debelini od 12,5 do 125 μm, kadar so potrebne višje temperature, natančnejša geometrija ali montaža SMT. Film iz PVDF dodaja aktivni piezoelektrični sloj za zaznavanje vibracij, akustičnih signalov in dinamičnih sil.

Ti filmi se lahko ovijejo okoli ukrivljenih površin, potekajo pod prekrivalnimi plastmi, prehajajo skozi ozke ohišja in ostanejo skriti znotraj končnega izdelka. Vezje je zasnovano glede na mehansko omejitev namesto da bi ohišje prisilili, da se prilega plošči.

Tiskana elektronika podpira več kot eno fizikalno osnovo senzorjev

Ista proizvodna platforma omogoča več različnih električnih lastnosti:

• Piezorezistivni FSR pretvarja uporabljeno silo v spremembo upora.

• Kapitativni dotik zaznava bližino ali dotik prsta skozi prekrivno plast.

• Membranska potenciometrija pretvarja linearni ali rotacijski položaj v analogni izhod.

• PVDF piezoelektrična folija pretvarja dinamično silo, vibracije ali akustično energijo v naboj.

• Membransko stikalo združuje tiskane vezje z dotikovnimi kupolami, prekrivnimi plastmi in izbirno osvetlitvijo.

To je pomembno za ekipa OEM, ker lahko en dobavitelj reši več vmesnikov z povezanimi materiali, orodji in logiko za pregled namesto da bi za vsako obliko zaznavanja uvedel ločeno proizvodno verigo.

Tri materialne platforme, tri inženirska okna

Tiskana elektronika ni enotna univerzalna materialna plast. Pravilna platforma je odvisna od temperature, toka, življenjske dobe upogibanja, optičnih zahtev in načina sestave.

PET s srebrnimi tiskanimi vezji – hitro, tanko in potencialno prosojno

VMX-FPC-AG uporablja zasiteno srebrno pasto, natisnjeno na PET. Standardna suha debelina srebra je 5–15 μm, najmanjši razmik med črtami/razmik med njimi je 150/150 μm, pri čemer je prek naprednega procesa dosegljiv tudi 100/100 μm; nosilna zmogljivost znaša do 0,8 A pod navedenimi pogoji za sledi. Delovno območje je od −20 °C do +80 °C z več kot 50 000 cikli upogibanja.

Njegova razlikovalna lastnost je optična svoboda: izbirna različica z srebrnimi nanomrežami doseže vsaj 89 % prepustnosti pri 550 nm in površinsko upornost 50–100 Ω/□. To naredi platformo primerno za prozorne dotikovne površine, senzorje z nizko porabo energije, LED trakove in hitre prototipe. Kompenzacija je enako jasna: PET ni primeren za reflow-lutkanje in pritrditev komponent zahteva prevodno lepilo z nizko temperaturo odpiranja.

PI bakreni FPC — natančnost, tok in združljivost z SMT

VMX-FPC-CU uporablja izrezano bakreno folijo na PI. Podpira najmanjšo širino črte/razmik 75/75 μm, 50/50 μm pri debelini bakra 0,5 oz, nadzorovano impedanco 50 Ω za enosmerne ali 100 Ω za diferenčne signale z natančnostjo ±10 % ter več kot 200 000 ciklov upogibanja z RA bakrom po navedeni preskusni metodologiji. Delovni temperaturni razpon se razteza od −40 °C do +150 °C, konstrukcija pa podpira reflow-lutkanje.

Ta platforma je pravilna izbira, kadar vezje prenaša višji tok, zahteva gosto namestitev sestavnih delov, mora prenesti večkratno dinamično upogibanje ali mora ohraniti nadzorovano impedanco. Ni najcenejša rešitev, vendar zagotavlja električni in sestavni rezervni prostor, ki ga potiskana srebrna pot napovedi ne more zagotoviti.

Natisnjeni elektrodi iz PVDF – sama folija postane senzor

Platforma VV-PVDF6866 uporablja visokočist PVDF folijo z natisnjenimi elektrodami iz srebrne paste in večplastno zapiranjem. Osnovna folija je na voljo debeline 28, 44 in 110 μm; plast elektrod je debela 5–10 μm. Objavljene lastnosti vključujejo frekvenčni odziv od 0,1 Hz do 100 MHz, napako linearnosti ±1 % polnega obsega, obratovanje od −20 °C do +85 °C ter dielektrično prebojno napetost vsaj 1800 VDC za folijo debeline 44 μm.

Tukaj tiskani elektrod ne prenaša le signala iz ločenega senzorja – temveč zbirajo naboj neposredno iz aktivnega filma. To omogoča tanki, prilagodljivi senzorje za vibracije, akustične in dinamične sile za spremljanje opreme, v prometu, pri razvoju medicinskih naprav in za nosilne povratne informacije.

Tehnične specifikacije

Vrednosti so specifikacije izdelkov platforme VMANX, ne univerzalne meje za vsak tiskan elektronikov dizajn. Končna zmogljivost je odvisna od geometrije, barvnice, podlage, profila utrjevanja in načina integracije.

Proizvodna veriga, ki določa ponovljivost 1. Priprava podlage

Film prihaja kot mehanski material, ne kot elektronska sestavina. Čiščenje, rezanje in obdelava površine določata, ali funkcionalni tiskarski barvni sredstvi enakomerno omočita in zlepijo površino. PET-srebrne vezije pred tiskanjem potrebujejo koronsko obdelavo; premalo obdelana površina se lahko na prvi pogled zdi sprejemljiva, vendar kasneje odpove pri upogibanju ali v vlažnem okolju.

2. Nanašanje funkcionalnega tiskarskega barvnega sredstva

Tiskanje skozi sita ali natančno vzorčno tiskanje določa geometrijo prevodnih in zaznavnih elementov. Širina sledi, debelina posušenega sloja in točnost poravnave nadzorujeta upornost ter doslednost med posameznimi kanali. Nizkocena tiskarska barvna sredstva, ki se nanesejo neenakomerno, ne predstavljajo nizkocenih vezij – temveč spremenljiv upornik, zamaskiran kot žična povezava.

3. Nadzorovano sušenje in gradnja slojev

Energija za sušenje določa, ali tiskano srebro doseže željeno prevodnost in lepilno moč. Dodatni sloji ogljika in dielektričnega materiala omogočajo dodatne funkcije zaznavanja ali izolacije, vsak nov sloj pa uvede interakcije glede poravnave in zaporedja sušenja, ki jih je treba preveriti kot celoten sistem.

4. Laminacija, rezanje in električni test

Pred končnim die-cuttingom se dodajo zaščitni sloji, trdilni elementi, lepilni sistemi in povezovalniki. Električni test nato preveri zveznost, izolacijo in ustrezno odzivnost senzorja. To je točka, kjer tiskana vzorčna struktura postane nadzorovana komponenta namesto dekorativne folije.

Ko so tiskane elektronike napačna izbira

Tiskane elektronike zmaga, kadar je pomembnejša geometrija, tankost, fleksibilnost, prosojnost ali integrirano zaznavanje kot najvišja gostota vodnikov in obvladovanje moči. Ni samodejno najboljša rešitev za vsak vezje.

Če izdelek zahteva gost razmestitev SMT, večkratno visokotemperaturno ponovno taljenje, nadzorovano impedanco ali tok nad toplotno mejo srebrne ploščice, je PI bakrena FPC močnejša izbira. Če zahteva merjenje statične teže pri nizkih frekvencah z laboratorijsko natančnostjo, je obremenitvena celica morda primernejša od FSR-ja. Če gre za zaznavo prisotnosti na ravni prostora namesto pritiska na eno površino, se radarska tehnologija lahko bolj ujema kot senzorski preplet.

Inženirski prednost ni v tem, da vsak projekt prisilimo v eno tehnologijo. Gre za izbiro najpreprostejše platforme, ki še vedno izpolnjuje dejanske zahteve.

Pogosto zastavljena vprašanja strank

V: Kaj so tiskane elektronike? O: Tiskane elektronike nanosijo prevodne, uporne, dielektrične ali aktivne materiale v vzorcih na podlago, kot so PET, PI ali PVDF. Natisnjene plasti neposredno ustvarjajo vezje, elektrode in območja zaznavanja na foliji.

V: Je natisnjeno srebrno vezje enako kot bakrena FPC? A: Ne. Tiskana srebro na PET je aditivna, nizkotemperaturna tehnologija, primerna za nizko tokovne, hitre izdelave in prozorne oblike. Baker FPC uporablja subtraktivno izrezovanje na PI in omogoča ožje sledi, višji tok, SMT pretočno lotenje in nadzorovano impedanco.

V: Ali lahko tiskana elektronika postane prozorna? A: Da. Prozorna možnost AgNW podjetja VMANX zagotavlja površinsko odpornost 50–100 Ω/□ in vsaj 89 % prepustnost pri 550 nm. Standardna tiskana srebrna plast je vidna; prozornost zahteva posebno konstrukcijo z AgNW.

V: Ali se komponente lahko neposredno namestijo na srebrne PET vezije? A: Da, vendar ne z običajnim visokotemperaturnim SMT pretočnim lotenjem. Za PET komponente se uporablja nizkotemperaturni prevodni lepilni sredstva. Za aplikacije, ki zahtevajo običajno SMT pretočno lotenje, je priporočljiva baker PI platforma.

V: Koliko so vezije gibljive? A: Objavljena PET srebrna platforma presega 50.000 ciklov upogibanja pri navedenem MIT-testu, medtem ko PI baker z RA bakerjem presega 200.000 ciklov. Dejansko življenjsko dobo določajo polmer ukrivitve, debelina sklopa, smer sledi in raztezna zaščita pri sestavljanju.

V: Kateri tiskalniški črnilci se uporabljajo v natisnjenem senzorju? A: Srebrni črnilci tvorijo prevodne poti, ogljikov črnilci lahko tvorijo upornostne ali silo-občutljive elemente, dielektrični črnilci pa zagotavljajo izolacijo in zaščito. Natančna sestava sklopa je odvisna od načela zaznavanja in električnih ciljev.

V: Katera certifikacija velja za to industrijsko platformo za tiskano elektroniko? A: Industrijsko platformo proizvaja podjetje VMANX v skladu z ISO 9001 ter z zahtevami RoHS in REACH glede snovi. Specifična odobritev za posamezne izdelke je odvisna od končne uporabe in jo ima blagovna znamka, ki končni izdelek uvede na trg.

V: Ali se v enem projektu lahko združijo natisnjeni senzorji in bakerne FPC-ploščice? A: Da. Hibridentna arhitektura lahko uporablja tiskano folijo za obsežen senzorski ali dotikovni sloj ter PI bakrene FPC za goste komponente, napajanje in usmerjanje priključkov. Vmesnik med obema mora biti zasnovan za odpornost, raztegljivost in izbrano temperaturo sestavljanja.

OEM inženirsko podporo

VMANX podpira programe tiskane elektronike od izbire materialov in procesov do postavitve vezja, izdelave prototipa in izdaje za serijsko proizvodnjo. industrijski ponudba vključuje fleksibilni tiskani vezji ,upornostni senzorji sile ,membranske potenciometre ,Sistemi HMI in PVDF piezoelektrični senzorji . Podrobni tehnični podatki so na voljo za industrijsko FPC-platformo z dvema serijama ,industrijski tankoslojni FSR ,Senzor iz PVDF-folije in specifikacijo membranskega stikala .

Zaključek

Tiskana elektronika odstrani mejo med vezjem in površino. Vodnike, upornike, elektrode, izolacijo in funkcije vmesnika je mogoče neposredno vzorčiti na fleksibilne filme, nato jih laminirati, izrezati in preizkusiti kot eno inženirsko sestavno delo. Komercialna vrednost ni le v tanjšanju – temveč v manjšem številu ločenih delov, manjšem mehanskem prostoru in arhitekturi za zaznavanje, ki je prilagojena izdelku namesto obratno, ko izdelek prisilimo, da se prilagodi togemu vezju.