Esnek ve Entegre Elektroniklere Geçiş için Lehim Alternatifleri
Alt tabakalara entegre devreler ve LED’ler gibi elektronik bileşenlerin takılması, elektronik üretiminin önemli bir yönüdür. Geleneksel kurşunsuz lehim, geleneksel sert PCB’ler için görevde üstün olsa da, bileşenlerin esnek alt tabakalara veya uyumlu yüzeylere bağlanmasını gerektiren yeni ortaya çıkan uygulamalar için çok uygun değildir.
Bileşen Ekinin Mevcut Durumu
Bileşen bağlantı malzemeleri, iki kategoriye ayrılabilir. Eskiden kurşuna dayalı, ancak şimdi esas olarak kurşunsuz olan lehim, düşük maliyetli ve iyi kurulmuş olmanın iki avantajını sunar. Ayrıca, yeniden akış süreci, lehim damlacığının yüzey enerjisini en aza indirmek
için bileşenlerin yeniden yönlendirilmesiyle bileşen hizalamasına yardımcı olur. Bu kendi kendine hizalama, seç ve yerleştir sürecinin çözünürlük gereksinimlerini önemli ölçüde azaltarak daha yüksek hızlı bileşen yerleştirmeyi mümkün kılar.
Bununla birlikte, lehimin bir önemli dezavantajı vardır. Yeniden akış işlemi, yaygın olarak kullanılan SAC (kalay/gümüş/bakır) lehim için genellikle 250oC civarında yüksek sıcaklıklar gerektirir ve ayrıca zaman alıcı termal rampalar gerektirir. Bu nedenle, PET gibi termal olarak kırılgan alt tabakalar için geçerli değildir ve yüksek hızlı rulodan ruloya (R2R) üretim veya 3D katkı elektronikleriyle uyumlu değildir.
Son zamanlarda polimerik substratlarla uyumluluğu geliştirmek için ultra düşük sıcaklık lehimlerinin geliştirildiğini, ancak henüz geniş çapta kabul görmedikleri unutulmamalıdır. Yüksek sıcaklık ve zaman alıcı yeniden akış süreci, IDTechEx’in “Elektrik İletken Yapıştırıcılar 2022-2032: Teknolojiler, Pazarlar ve Tahminler” adlı yeni raporunda ayrıntılı olarak tartışılan, elektriksel olarak iletken yapıştırıcılar (ECA) içinde yer alır. ECA’lar, lehim benzeri bir metal alaşımı olmaktan ziyade, bir polimer reçinesi içine gömülü bir metal tozu içerir.
ECA’lar, daha pahalı olmalarına ve kendiliğinden hizalama avantajı olmamasına rağmen, bileşenlerin alt tabakaya hemen bağlanmasını sağlar ve yüksek yeniden akış sıcaklıkları veya uzun termal rampalar gerektirmez. Bu nedenle, geleneksel PCB’ler için lehimin
yerini almaları pek olası değildir, ancak entegre ve esnek elektroniklere geçişle birlikte pazar paylarını artırmaları öngörülmektedir.
Ayrıca, anizotropik iletken yapıştırıcılar ACA’lar, daha yaygın olan izotropik iletken yapıştırıcılardan (ICA’lar) daha düşük bir adım kapasitesi sağlar. Şu anda, ACA’lar (filmler veya macunlar olarak tedarik edilirler) bileşen yerleştirme sırasında uygulanacak yüksek sıcaklık ve basınç gerektirir, bu da hem üretim maliyetlerini hem de bileşen hasarı riskini artırır. Bununla birlikte, gelişmekte olan ‘alan hizalı iletken yapıştırıcılar’ teknolojisi, anizotropik iletkenlik bağlanmadan önce indüklendiğinden bu kısıtlamayı ortadan kaldırır.
ECA’lar için Ortaya Çıkan Uygulamalar
ECA’lar, özellikle alt tabaka malzemesi termal olarak kırılgan olduğunda, elektronik bileşenlerin geleneksel bir FR4 alt tabaka dışında herhangi bir şeye monte edilmesini gerektiren uygulamalar için çok uygundur. ECA’lar için gelecek vaat eden bir uygulama, entegre kapasitif dokunmatik algılama ve aydınlatma ile dekoratif yüzeyler yapmak için kullanılan kalıp içi elektroniklerdir (IME). Toplam IME pazarının 2032 yılına kadar yaklaşık 1,5 milyar dolara ulaşacağı tahmin edilen otomotiv iç mekanları, ana kullanım durumudur.
IME bileşenleri, düz (genellikle polikarbonat) bir alt tabaka üzerine iletken mürekkep serigrafi baskı ile üretilir ve ardından elektronik bileşenler monte edilir. ECA’lar, polikarbonat yüksek lehim yeniden akış sıcaklıklarına dayanmayacağından kullanılır. Gelecek vaat eden bir başka ECA uygulaması, geleneksel ve basılı elektronikten ‘her ikisinin de en iyisini’ almak olarak kabul edilebilecek, gelişmekte olan bir yaklaşım olan esnek hibrit elektroniklerdir (FHE). Bu, bileşenlerin, düşük maliyetli PET alt tabakalara zarar vermemek
için ECA’lar (veya alternatif olarak ultra düşük sıcaklık lehimi) ile birlikte, basılı iletken izleri olan esnek alt tabakalar üzerine monte edilmesini gerektirir.
ECA’lar için çok özel bir kullanım durumu, e-tekstiller ve bazı elektronik cilt yamaları için gerekli olan gerilebilir elektroniklerdir. Bu, biraz gerilebilir bileşen ek çözümleri gerektirecektir. ECA’ların mekanik özellikleri büyük ölçüde polimer reçinenin özelliklerine bağlı olduğundan, bir elastomerik malzeme kullanılarak hafif gerilebilirlik sağlanabilir.
