Гибкие подложки для интеллектуальных сенсорных устройств. Часть 1

РЕЗЮМЕ

Требования для интеллектуальных датчиков очень разнообразны: миниатюрные, высоконадежные и способные к интегрированию, эффективные по затратам, герметичные, биосовместимые для медицинских устройств. DYCONEX разработал инновационные методы проектирования, производства и реализации таких сенсорных модулей. Комбинируя технологию использования тонких пленок, известную в полупроводниковой отрасли, с традиционными технологиями производства гибких схем, можно при стандартных процессах поверхностного монтажа производить и монтировать подложки с улучшенными характеристиками. Жидкокристаллический полимер (ЖКП, в англ. LCP) как материал основы является химически и биологически стабильным термопластичным полимером и позволяет создавать герметичные сенсорные модули очень малого размера с очень низкой влагопроницаемостью, которые возможны сегодня только для неорганических материалов для корпусов. Крупномасштабное автоматизированное производство и недорогие органические материалы обеспечивают очень конкурентоспособный уровень затрат.

Материалы из полимерной пленки

Жидкокристаллический полимер (ЖКП) – это термопластичный материал с высокими технологическими характеристиками с отличными термомеханическими свойствами, который можно термоформовать до любой желаемой формы (даже в форме сложной многослойной гибкой структуры с встроенными дорожками из тонкой пленки). При комнатной температуре тонкие ЖКП пленки и волокна показывают механические характеристики близкие к стали. Рабочая температура для ЖКП схем может достигать 190°C. Возможны многократные стандартные операции по пайке и поверхностному монтажу. Другими преимуществами являются низкое влагопоглощение и химическая стабильность. ЖКП относятся к полимерным материалам с самой низкой проницаемостью для газов и воды. ЖКП можно соединять с самим собой, что позволяет создавать многослойные конструкции с гомогенной структурой. ЖКП можно использовать для корпусов и инкапсулирования. ЖКП хорошо сцепляется с большинством материалов, если обеспечить достаточную шероховатость.

В Таблице 1 сравниваются свойства ЖКП с полиимидом, стандартным материалом для высоконадежных гибких подложек. В отличии от ЖКП полиимиды — это термоотверждающиеся полимеры, требующие адгезива для создания многослойных подложек. Полиимиды – это термоотверждающийся полимерный материал с высокой температурой и прочностью на изгиб.

На ЖКП подложки могут быть установлены компоненты для поверхностного монтажа и запечатаны крышками или рамками из ЖКП с помощью термической сварки для создания гомогенного, миниатюрного и герметичного корпуса. Серьезным преимуществом является комбинация стандартной технологии гибких подложек со свойствами термопластичных материалов. ЖКП – это единственный термопластичный материал, который полностью совместим с технологией ПП и тонких пленок.

Металлизация дорожек

Стандартная металлизация ЖКП основана на меди, которая может быть нанесена гальваническим способом и структурирована с помощью тех же процессов, которые используются в сфере печатных плат.

Если требуется другой материал, а не медь, дорожки могут быть нанесены распылением тонкой пленки и определены методом фотолитографии. Можно наносить все металлы, сплавы и диэлектрические материалы, доступные для распыления на постоянном токе или высокочастотного распыления. Эти материалы могут использоваться вместе с медными конструкциями для создания межсоединений.

Затем на медные конструкции можно нанести стандартные поверхностные покрытия, подходящие для SMT пайки и прикрепления разъемов. Минимальное разрешение дорожек для тонкопленочного распыления составляет около 15 мкм, для стандартных медных дорожек 25 мкм. Толщины тонких пленок варьируются от пары 10 нм до нескольких мкм. В некоторых случаях (например, дорожки из чистого золота) может быть полезно увеличить толщину напыленного слоя с помощью электролитического процесса для большей толщины (например, до 15 мкм).

Если терморезисторы обеспечивают показания абсолютной температуры, то термопары с переходом константан/медь могут измерять разницу температур с термоэлектрическим коэффициентом 42 мкВ/К.