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瞄准精密易碎设备市场 柔性印刷型LED银电路问世

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来源: 新电子   发布者:新电子
热度84票   时间:2017年5月04日 04:48
全球发光二极管(LED)照明市场正不断扩张,因而带动成本持续下降,同时也促进需求的上扬。 据HIS Technology预计,到了2020年,LED照明将占整个照明市场的27%以上。 预计在至2020年前,LED照明功率驱动器(Lighting Power Driver)及用品的出货量将达到每年45亿台的规模。 商业和零售市场上的中等功率驱动器将占约53%的出货量,其次则是低功率驱动器,约占45%。

较低的价格点有助于为创新的新型LED设计创造有利的发展条件。 与此同时,流明输出和热特性也在持续地改善,使LED成为许多产业应用的一种高价值替代技术。 各制造商必须能够开发出新型的客制化解决方案,以满足变化迅速的市场需求及法规的要求,同时还要保有价格上的竞争力。

PCB设计局限多 难挡缩小化趋势

无论对于印刷电路板(PCB)还是柔性电路板(FPC)的形式来说,蚀刻铜电路都是电子学上的基础技术。 这两种版本都是以消去处理法(Subtractive Process)制作而成,这种方法以从黏合到铜片上的一块介电片为起始点。 首先对所需的导电路径(Conductive Path)进行屏蔽,然后以化学的方法蚀刻掉所有不需要的铜金属,最后只留下所需要的电路图案。 在多数情况下,去除掉的铜要比实际上留在电路上的铜多。 由于很多都是采用湿式化学制程,所以生产设备都需要配备废水处理系统。

虽然以印刷电路板(图1)为基础的电路具有出色的机械完整性,使用寿命较长,但是其厚度与刚性则使其无法成为厚度很薄、柔性更高接口封装的理想选择。 设计人员被局限在两个维度上,从而使设计的灵活性被很严重地限制,这种情况在众多电子设备尺寸不断缩小的情况下尤为明显。


图1 以传统印刷电路板为基础的LED应用设计。
 
一般情况下,一块电路板需要强度较高的机械外壳,而这会增加重量。 FPC可以弯曲,能够充分利用三维(3D)空间,同时还可以使用焊接的组件。 尽管FPC可以改善封装的灵活性,但与PCB相比,FPC的成本则要高得多。

导电油墨(Conductive Ink)、基板材料和生产制程的稳定进步,使得能够在包括聚酯(PET)在内的一系列材料上制作出在机械上具有柔性的电路。 PET的价格便宜,可以作为刚性的FR4的一种柔性基板替代产品,并且与柔性聚酰亚胺电路相比,它具有更高成本效益。

印刷型LED银电路 提高设计灵活性

采用高速印刷方法,能够让印刷型电子解决方案在很多应用中提供出色性能,且成本还低得多。 例如,莫仕(Molex)采用导电油墨(一般为银或碳),透过馈送式的丝网印刷或卷对卷(Roll-to-Roll)制程使油墨只选择性地沉积在PET基板上所需要的位置处;然后油墨可透过加热或照射紫外光进行固化(Cure)。 如果需要多个讯号层,则可以利用多次印刷和固化处理来达成。 附加印刷制程的效率极高,几乎不产生废物,并且也不用处理废水。

尽管PET基板具有极高的温度稳定性,但在使用PET基板的情况下,高温处理或固化可能会产生一些问题,并且会导致组件寿命缩短,或者造成组件损坏。 但是,如果采用专有的组件附着制程,则可以降低温度曲线。

LED照明和其他标准表面黏着组件可透过传统的取放和回流焊设备黏合到银电路上。 另外一项步骤则是将密封剂分配到黏合的组件,以提高机械刚性。 导电银电路具有足够的能力来冷却低功率的背光LED封装,因此不再须要使用散热片以及热通孔或复杂的热路径之类的设计技巧。

银油墨丝网印刷上的进步,使印刷电路的宽度可缩减至0.127毫米(mm),而在PET上的间距则可小至0.127毫米。 低阻油墨的发展实现了一种特别有效的电路,适合众多的低功率和低讯号应用。

传统的表面黏着技术(SMT)制程可将低温焊膏应用到丝网印刷的银油墨印台上,但是透过这种制程将建基于微矩微处理器的组件附接到PET却有种种限制,不过黏合制程上的长足进展已经可克服这些限制。 采用新型专有制程,使得除了电阻器、电容器、传感器、无线射频卷标识别(RFID)和其他被动设备外,还可以结合直角的LED背光功能,实现增强的用户接口应用。

印刷型银电路的生产制程实现了柔性的多合一Soligie印刷型电子LED照明组件(图2),它具有商用电子组件的标准使用寿命,而总成本则低于传统的电路。 聚酯上的丝网印刷银电路与具体的应用有关,与等效的铜电路相比,可节省50%甚至更多的基板成本。


图2 Molex的印刷型银电路可实现柔性印刷电路板设计。
 
借助LED背光设计 跨足多样应用市场

柔性的印刷型LED银电路除了可完全客制化外,也是完全可扩展的。 其生产制程能够大幅缩短从订货到交货的时间和换线时间,从而实现经济的低批量和高批量生产,并且在轻量级的成品组件中提供极高质量的光输出。 无论是易碎、一次性到高阶精密的多种应用,Soligie LED背光解决方案都可以带来显著的优势。

对于寻求车型差异化的汽车制造商来说,柔性LED组件可以改善外观的美学效果,并且实现客制化的照明应用,帮助车辆从竞争的行列中脱颖而出。 例如,薄型的柔性PET基板可以满足转向柱的扭矩感应和控制、备用传感器和其他车载传感器以及带指示灯的相机等的机械特性要求。 此外,生产制程可以轻松地配合防篡改的设计。 在每一盎司的重量都要尽量减低的情况下,轻量级的PET有助提高燃油效率。

在建筑物的广告展示中,印刷型LED组件可满足对形状和功能的要求。 组件可以在不受阻碍的情况下,安装在大多数的表面上,包括墙壁、吊顶或玻璃上的悬挂显示屏在内。 这类组件在机场、购物中心和连锁零售业环境中的应用日益普遍,可用它们取代固定式的招牌和显示屏。 印刷制程容许使用碳墨来添加商标、图像以及其他装饰,满足对外观的需求。 可编程设计的LED显示屏是一种很好的方式,可用来提高推广效果并更新菜单的显示,让公司可以控制位于多个不同场所的市场营销信息。

在医疗和健身领域,许多行动设备和便携设备都整合有生物传感器和LED指示灯来帮助用户达到训练和健身方面的目标。 超薄的印刷型LED封装是一种极具吸引力的方案,而且价格便宜,适合用于推广及一次性的产品。 该技术还已介入虚拟现实的头戴应用。

在医疗器械和其他设备当中,银电路印刷和黏合制程可以简化专用传感技术与其他知识产权的整合过程,实现统包的(Turnkey)医疗器械设计。 卷对卷的转换过程则可满足医用无尘室以及各种诊断应用的需求。

低功率LED照明领域的未来,可能将主要以印刷电子为基础。 对于间距紧密、宽度窄的银电路设计、LED背光和聚酯基板上的其他电子组件,原始设备制造商(OEM)的设计工程师不应该忽视极具经济性的高性能柔性银电路。


图3 可挠式LED可以为LED应用开拓更多可能性。 图为可随意弯曲的LED灯管。
 
(本文作者任职于Molex)


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