Способ изготовления гибких печатных плат в непрерывной рулонной форме

Одним из перспективных конструкторских решений при разработке печатных плат является применение гибких материалов для реализации гибких печатных плат и гибко-жестких печатных плат, что особенно актуально для реализации концепции индустрии 4.0, включающая в себя применение носимой электроники, а также применение данных материалов для реализации устройств с повышенными требованиями к массе и габаритным размерам.

Помимо традиционных технологий изготовления гибких печатных плат, таких как комбинированный позитивный метод изготовления, метод металлизации сквозных отверстий, метод попарного прессования, следует отметить следующие:

1 Метод изготовления гибких печатных плат, включающий формирование рельефной поверхности полимерной пленки за счет каналов, созданных облучением ионами и химическим травлением, с последующим формированием металлического слоя путем гальванического осаждения, при этом в полимерной пленке формируют двустороннюю рельефную поверхность за счет сквозных пустотелых каналов путем ее облучения высокоэнергетичными ионами с энергией, обеспечивающей их проективный пробег в материале полимерной пленки в 1,5-2 раза больше ее толщины, и последующего химического травления, а затем гальванически формируют металлический осадок в сквозных пустотелых травленых каналах, начиная от одной рельефной поверхности пленки, плотно контактирующей с самонесущим металлическим катодом, до противоположной свободной рельефной поверхности пленки, на которой формируют гальванический металлический слой заданной формы и толщины (RU 2356194 С1, 20.05.2009).

2 Метод рулонной электрохимической обработки гибких печатных плат за счет анодного растворения участков фольги, соответствующих непроводящему рисунку печатной платы, при перемещении заготовки из гибкого фольгированного диэлектрика от питающей бобины через токоподвод к фольге заготовки и зону ЭХО к приемной бобине, при этом поверхность фольги электрохимически оксидируется при перемещении гибкой заготовки от токоподвода к зоне ЭХО (RU 2400950 С1, 27.09.2010).

3 Метод изготовления печатной платы с рисунком проводников, который включает в себя следующие этапы:

3.1 На подложке избирательно крепят проводящий слой, например, металлическую фольгу, так, что часть указанного проводящего слоя, например, металлической фольги, содержащая заданные участки, образующие в конечном изделии проводники, и узкие участки, расположенные между указанными проводящими участками конечного изделия, закреплена на подложке посредством связующего средства, при этом более крупные подлежащие удалению участки проводящего слоя, например, металлической фольги, по существу, не закреплены на подложке, при этом подлежащий удалению участок соединен с подложкой не более чем своим краевым участком, подлежащим обработке на следующем этапе 3.2, и, возможно, участками, предотвращающими отделение подлежащих удалению участков до выполнения этапа 3.3);

3.2 На указанном проводящем слое выполняют рисунок проводников путем удаления материала, например, металлической фольги, из узких промежутков между заданными проводящими участками и с внешней периферии участка, удаляемого в твердом состоянии, причем удаление материала осуществляют по меньшей мере одним способом группы: травление, лазерная обработка, ионная бомбардировка, струйная обработка частицами,

3.3 Удаляют в твердом состоянии подлежащие удалению участки проводящего слоя, например, металлической фольги, не закрепленные на подложке, поскольку указанные подлежащие удалению участки, ранее соединенные с подложкой своими краевыми участками, более не удерживаются краевыми участками проводящего слоя, которые были удалены с внешней периферии подлежащих удалению участков на этапе 3.2, при этом подложка является гибкой, а изготовление печатной платы осуществляют способом с рулона-на-рулон (RU 2458492 С2, 10.08.2012).

4 Метод изготовления гибкой печатной платы на основе жидкого металла, включающий нанесение жидкого металла, по предварительно подготовленной схеме, на эластичную (тянущуюся) подложку для образования схемы из жидкого металла, при этом в качестве жидкого металла используют, в том числе, сплав галлия (US 20200296825 А1, 17.09.2020).

Основным недостатком перечисленных выше методов является большая длительность процесса производства гибкой печатной платы, которая обусловлена использованием на отдельных стадиях производства ручного труда или оборудования, работающего в полуавтоматическом режиме, а также необходимостью выдерживания герметичного слоя до его полного застывания, что увеличивает трудоёмкость изготовления.

Принципиально новое решение предложено Зеленским И.И. (номер патента RU 2791713 C1, патентообладатель ООО «АЙФЛАКСИБЛ»), направленное на разработку полностью автоматического способа изготовления гибких тянущихся печатных плат в непрерывной рулонной форме.

Способ изготовления гибких печатных плат в непрерывной рулонной форме заключается в следующем: гибкую подложку, намотанную в рулон подают на охлаждающий стол, при помощи лазера делают углубления, согласно предварительно составленной схеме печатной платы, в полученные углубления подают токопроводящий раствор, затем подают второй слой гибкой подложки, намотанной в рулон, который размещают поверх заполненных токопроводящим раствором углублений, полученные два слоя подвергают ламинированию с использованием нагретых барабанов с получением единой конструкции, на верхней части которой при помощи лазера делают отверстия для контактов, согласно предварительно составленной схеме печатной платы, при этом высота отверстий соответствует толщине верхнего слоя, а электронные контакты размещают в полученные отверстия, так чтобы они соприкасались с токопроводящим раствором, готовое изделие наматывают в рулон. В качестве токопроводящего раствора используют сплав галлия, серебряные чернила или жидкий электролит. В отверстия перед установкой электронных контактов подают быстро сохнувший клей.

На рисунке 1 представлено схематичное изображение, иллюстрирующее способ изготовления гибких, тянущихся печатных плат в непрерывной рулонной форме.

1 - лазер; 2 - дозатор токопроводящего раствора; 3 - охлаждающий стол; 4 - дозатор клея; 5 - лазер; 6 - устройство для вставки контактов; 7 - ламинатор

Пояснения к рисунку:

Первый барабан подает гибкую, тянущуюся подложку (может быть выполнена из различного материала, например, полидиметилсилоксан, эпоксидная смола, СЭБС/стирол-этилен-бутилен-стирол, полиимидная пленка, ПЭТ/полиэтилентерефталатная, силиконовая резина), которая была предварительно намотана в рулон, на охлаждающий стол (поз.3) с охлаждением до +5 градусов, содержащий лазерный модуль (поз.2), цель которого «выжечь» на подложке отверстия, согласно предварительно составленной схеме печатной платы, и дозатор, в который подает токопроводящий раствор, к примеру, сплав галлия или серебряные чернила или жидкий электролит, в отверстия. Дозатор нагревает токопроводящий раствор, так что бы раствор имел жидкую консистенцию, и выдавливает его в образованные лазером отверстия. При этом, охлаждающий стол охлаждает подложку для того, чтобы токопроводящий раствор не растекался за пределы отверстий, образованных лазером, а также предотвращает образование нагара (обугленные края) при использовании лазера. Затем второй барабан подает второй слой гибкой, тянущейся подложки, предварительно намотанной в рулон, который располагают поверх первого слоя. Два слоя гибкой, тянущееся подложки вводят в ламинатор, представляющий собой нагревающие барабаны (температура до 450°С), где они спекаются в единую конструкцию из двух слоев. Полученную на выходе из ламинатора конструкцию из двух слоев подают на второй стол, который содержит лазерный модуль, устройство для размещения контактов и дозатор для быстро сохнувшего клея. При этом, предварительно с помощью вращения барабанов подложка движется вперед-назад по столу, во время движения, к примеру, камера, фиксирует метку на подложке, которую оставил лазер на первом столе, чтобы обеспечить точное позиционирование на втором столе, чтобы откалибровать расположение схемы, сделанной на первом столе. После позиционирования лазером делают отверстие в месте вставок контактов, при этом отверстия делают не насквозь, а так чтобы отверстие по высоте было равно толщине верхнего слоя, чтобы после установки контакта, он соприкасался с токопроводящим раствором. Затем дозатор выдавливает быстро сохнувший клей и смазывает места вставки будущих контактов, для того, чтобы они приклеились, а также для его герметизации. После чего устройство для размещения контактов вставляет электронные контакты в сделанные отверстия. Готовое изделие в виде двухслойной гибкой, тянущейся печатной платы непрерывной рулонной форме наматывают на третий барабан и/или отправляют на хранение и/или реализацию.

По мнению изобретателя технологии, представленный способ изготовления гибких, тянущихся печатных плат в непрерывной рулонной форме является полностью автоматизированным, а, следовательно, в сравнении с ранее известными способами данный способ значительно сокращает время изготовления конечного продукта, поскольку в среднем ранее данный процесс занимал не менее суток, а при реализации предложенного способа указанное время составляет менее минуты. Кроме того, предложенный способ, в том числе, за счет последовательности проводимых операций, а также использования подложки в форме рулона позволяет получить конечный продукт практически любого размера, что также выгодно отличает данное изобретение от ранее известных аналогов.