I circuiti flessibili realizzati, possono essere distinti sostanzialmente in due categorie. Come per i PCB, infatti, anche nel nostro caso, avremo circuiti multistrato, e circuiti doppia faccia. I primi, sono sostanzialmente realizzati su un solo lato del substrato, e possono essere considerati un caso particolare dei secondi, che invece, sono stampati su ambedue i lati del supporto flessibile.
A differenza dal processo fotolitografico, impiegato nella realizzazione di PCB su FR4, nel caso della stampa serigrafica, non avremo rimozioni di parti dello strato depositato. Infatti mentre per i circuiti tradizionali si ha il deposito di layer conduttivi o isolanti su tutto il supporto, ed il successivo attacco chimico selettivo, che consente di generare le geometrie desiderate. Nel caso della stampa il deposito di materiale, conduttivo, o isolante, avviene già sagomato. Possiamo quindi distinguere la stampa, tecnologia additiva, dalla litografia, tecnologia sottrattiva. Questa caratteristica, consente di abbattere notevolmente i costi di produzione, attraverso la riduzione di scarti e soprattutto di tempi. Infatti, l’incisione litografica, si ha solo a livello di matrice e non su ogni singolo pezzo. Una volta realizzato il telaio, per ognuno degli strati da stampare, esso potrà essere impiegato per la realizzazione di centinaia di pezzi. Per questa ragione, il processo descritto si presta benissimo per la produzione di elettronica di consumo a basso costo.
2.6.1CIRCUITI MULTISTRATO
Costituiscono la categoria più diffusa tra gli FPCB, vengono realizzati attraverso la deposizione successiva di film a spessore su un solo lato del substrato flessibile. La tecnica di realizzazione è paragonabile a quella che si usa nella stampa di un immagine multicolore, dove per ognuno dei colori sarà necessario impiegare un passaggio a se, a registro con quello precedente. Nel caso dei circuiti, la necessità del registro sarà dettata dalla presenza di connessioni tra uno strato e l’altro.
42 Fig. 14.2: Crossover Multistrato
In figura 14.2, è riportata, non in scala, una parte di un circuito multistrato , sezionato a livello di un crossover.
Oltre al substrato, in grigio, distinguiamo tre strati funzionali, corrispondenti ad altrettanti passaggi di stampa. Abbiamo infatti in rosso argento 1, stampato come primo colore, in verde isolante, stampato per secondo, ed in arancione argento 2, stampato come terzo colore. Sono evidenti le vie di collegamento tra i due livelli conduttivi, realizzate, in questo caso, interamente per mezzo della stampa, senza dover ricorrere ad alcun tipo di lavorazione meccanica. Infatti, l’isolante lascerà libere delle aree, nei punti di contatto, in modo che i due livelli di argento siano messi in comunicazione.
La situazione presentata è quella teorica, in cui, oltre ad esserci l’ideale registro di stampa, la superficie di ognuno degli strati è perfettamente piana. Nella realtà infatti si avrà che, avendo a che fare con film spessi, gli inchiostri costituenti gli strati con ordine di stampa superiori, si insinueranno negli spazi liberi creando dei dislivelli. La presenza di tali irregolarità, incide negativamente sul comportamento dei conduttori ottenuti. Il deposito di inchiostro infatti presenterà leggere variazioni
43 di altezza, che si tradurranno in alterazioni del valore della resistenza della pista, rispetto a quella preventivata, anche perché è pressoché impossibile determinare l’entità della variazione di conducibilità.
Fig. 15.2: Sezione reale Crossover
In figura 15.2, riportiamo quanto descritto sopra, il secondo strato di argento stampato, cioè quello che poggia sull’isolante, avrà superficie irregolare, e, naturalmente, il numero di irregolarità crescerà al crescere del numero di piste sottoposte. Per limitare il fenomeno descritto, è buona norma ridurre al minimo necessario la quantità e la lunghezza dei crossover in fase di realizzazione del layout.
2.6.2CIRCUITI DOPPIA FACCIA
In questo caso, gli strati funzionali sono presenti su entrambi i lati del dispositivo. Questo tipo di realizzazione, è spesso legato ad esigenze di natura tecnica, come ad esempio la necessità da parte del cliente di avere i componenti sul lato superiore, ed i contatti su quello inferiore, oppure la necessità di creare collegamenti interni tra substrati diversi, si pensi per esempio a schermi elettrostatici. Solo a fronte di un’esigenza di natura funzionale, possono infatti essere giustificate le complicazioni costruttive e di processo che questa tipologia di circuiti comporta.
La principale differenza, rispetto al caso dei circuiti multistrato, consiste nel fatto che i collegamenti tra i vari layer funzionali sono realizzati, non attraverso la stampa, ma per mezzo di lavorazioni meccaniche. Come nel caso dei più comuni PCB su FR4, infatti, le due facce del circuito comunicano mediante forature nel substrato, realizzate per mezzo di laser, e riempite dell’inchiostro conduttivo,
44 attraverso un apposito passaggio in stampa. Notiamo quindi immediatamente due complicazioni al processo, una fase di foratura laser, subito dopo la stampa del primo argento, ed una fase di stampa dedicata al riempimento dei fori realizzati.
Fig.17.2 : Sezione circuito Doppia Faccia.
In Fig. 17.2, una sezione del crossover di un circuito doppia faccia, sono riportati, in questo caso esclusivamente gli strati conduttivi. Quelli isolanti, per questa tipologia di circuiti, sono impiegati quasi esclusivamente con funzione di passivazione.
Il primo colore ad essere stampato è argento top, in rosso, in questa fase sono realizzati anche i riferimenti per il laser a controllo numerico, che, sulla base di questi, calcolerà le coordinate dei punti di foratura. In giallo le vie di collegamento tra i due lati del substrato, stampate come secondo colore, ed infine in arancione, il secondo strato conduttivo, argento bottom.
A differenza che nei multistrato, il deposito di inchiostro risulterà più regolare, in quanto la stampa avverrà sempre sul substrato, avremo perciò una conducibilità più controllata. Di contro però il diametro delle forature, teoricamente di 0.2mm, potrebbe non essere costante, comportando, anche in questo caso alterazioni del valore nominale di resistenza. Infatti, dovendo processare un substrato trasparente dello spessore di 125µm, per mezzo di uno strumento sovradimensionato, si rischia di incorrere in difettosità legate a problemi di rifrazione del raggio luminoso, ecco perché molta attenzione va dedicata alla calibrazione del macchinario.
45 FIg. 18.2: Circuito doppia faccia.
Nella figura precedente, in differenti colorazioni, gli strati top e bottom di un circuito doppia faccia, nessuno dei due è costituito esclusivamente da crossover, come invece succedeva per i multistrato.