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从精密到易碎的设备 – 柔性印刷型 LED 银电路使其成为现实

关键词:LED照明市场 柔性印刷型LED 医疗保健

时间:2017-03-07 13:53:53      来源:网络

全球的 LED 照明市场正处于不断扩张的时期,推动着成本持续下降,并且也在刺激着需求。据 HIS Technology 预计,截至 2020 年为止,LED 照明将占整个照明市场的 27% 以上。预计 LED 照明功率激励器及用品的出货量至 2020 年将达到每年 45 亿台的规模。商业和零售市场上的中等功率激励器将占约 53% 的出货量,其次则是低功率激励器,约占 45%。

较低的价格点有助于为创新的新型 LED 设计铺平道路。与此同时,流明输出和热特性也在持续的改善,使 LED 成为众多行业中应用的一项高价值的替代技术。制造商们必须能够开发出新型的定制解决方案,满足飞速变化的市场需求及监管要求,而同时仍能具有价格上的竞争力。

当前技术

无论对于刚性 (PCB) 还是柔性 (FPC) 的形式来说,蚀刻铜电路都是电子学上的基础技术。这两种版本都通过一种减成法制作而成,这种方法从粘结到铜片上的一块介电片开始。首先对所需的导电通路进行遮蔽,然后以化学方法蚀刻掉所有不需要的铜金属,最后只留下所需的电路图案。在大多数情况下,去除掉的铜要比实际上留在电路上的多得多。由于很多采用的都是湿法化学工艺,生产设备都需要配备废水处理系统。

以印刷电路板为基础的电路具有出色的机械完整性,使用寿命较长,而其厚度与刚性则使其无法理想的用于厚度很薄、柔性更高的接口封装。设计人员被局限在两个维度上,这样便在很大程度上限制了设计的灵活性,这一情况在众多电子设备尺寸不断缩小的情况下尤为明显。一般情况下,一块电路板需要强度较高的机械外壳,而这就会增加重量。FPC 能够弯曲,可以充分利用三维空间,同时还可以使用焊接的组件。尽管这样可以改善封装的灵活性,FPC 与 PCB 相比则成本要高得多。

导电墨水、基板材料和制造工艺的稳步前进,使得在包括聚酯 (PET) 在内的一系列材料上制作在机械上具有柔性的电路成为可能。PET 的价格较低,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具有更高的性价比。

印刷型 LED 银电路

通过采用一系列高速印刷方法,印刷型电子解决方案在很多应用中可以提供出色的性能,而成本则低得多。例如,Molex 采用导电墨水(一般为银或碳),通过馈送式的丝网印刷或辊间工艺使墨水选择性的只沉积在 PET 基板上所需的位置处。然后墨水可通过加热或照射紫外光进行固化。如果需要多个信号层,那么可以进行多次印刷和固化处理。附加的印刷工艺效率极高,几乎不产生废物,并且也无需进行废水处理。

尽管 PET 基板具有极高的温度稳定性,在使用 PET 基板的情况下高温处理或固化可能造成问题,并且会导致元件寿命缩短,或者造成组件损坏。Molex 专有的元件连接工艺可以降低温度曲线。LED 照明和其他标准表面贴装组件可通过传统的拾放和回流焊设备粘结到银电路上。另外的一步则是将密封剂撒布到粘结的组件上,提高机械刚性。导电的银电路可以充分的冷却低功率背光 LED 封装,从而无需再使用散热片以及热通孔或复杂的热通路之类的设计特点。

银墨水丝网印刷上的进步使印刷电路的宽度缩减至 0.127 毫米,而在 PET 上的间距则低至 0.127 毫米。低阻墨水的开发实现了一种特别有效的电路,适合众多的低功率和低信号应用。在粘结工艺上的进展已经克服了通过传统的表面贴装技术 (SMT) 工艺在 PET 上连接基于微处理器的细螺距组件的种种限制,这类工艺将低温焊膏应用到了丝网印刷的银墨水印台上。Molex 开发的这种新型专有工艺使得除了电阻器、电容器、传感器、RFID 和其他无源设备之外还可以连接直角 LED 背光功能,实现增强的用户接口应用。

印刷型银电路的制造工艺实现了柔性的多合一 Molex® Soligie® 印刷型电子 LED 照明组件,具有商用电子元件的标准使用寿命,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。

LED 背光设计上的启发

柔性的印刷型 LED 银电路可完全定制,全部可扩展。制造工艺可以提供极快的交付周期和换线时间,可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可提供极高质量的光输出。Molex® Soligie® LED 背光解决方案在从易碎、一次性到高端的精密应用的范围内可为多种应用带来显著的优势。

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,并且实现定制的照明应用,助力车辆从竞争中脱颖而出。比如说,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摄像头的力学要求 – 任何应用都可从柔性基板中获益。制造工艺可以轻松的适应防篡改的设计。在每一盎司的设计重量都无比重要的情况下,轻量级的 PET 可以为提高燃油效率提供支持。

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。组件可以不受阻碍的安装在大多数表面上,包括墙壁、吊顶或玻璃上的悬挂显示屏在内。这类组件的使用在机场、购物中心和连锁零售业环境中的应用日益普遍,可取代固定的标识牌和显示屏。印刷工艺可以使用碳墨来添加徽标、图像以及其他点缀,满足对外观的需求。可编程的 LED 显示屏通过一种绝佳的方式来提高推广效果并更新菜单的显示,使企业可以对多个场所处的市场营销信息进行控制。

在医疗和健身领域,许多移动设备和便携设备都集成了生物传感器和 LED 指示灯来支持培训和健身方面的目标。超薄的印刷型 LED 封装是一个极具吸引力的方案,并且对于推广用以及一次性的产品还具有充分的经济性。该技术还已涉及虚拟现实的头戴应用。在医疗器械和其他设备当中,银电路印刷和粘结工艺可以简化专用传感技术与其他知识财产的集成过程,实现全包的医疗器械设计。辊间的转换过程则可满足医用洁净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的以印刷电子学为基础。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元件,OEM 的设计工程师不应忽视掉极具经济性的高性能柔性银电路。无论目标是使产品更轻、更薄、做到一次性、提高灵活性,还是开发出一种全新的设备,Molex 在印刷电子学制造领域的专家经验以及解决方案都可带来极高的价值,并且开辟出新的道路来探索设计创新上的各种可能性。

 

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