I NCHIOSTRI I MPIEGATI E L ORO T RATTAMENTO

I film spessi depositati sui substrati, per costituire le parti conduttive o isolanti degli FPCB, si presentano sul prodotto finito nello stato solido. Tuttavia, per essere impiegati nella stampa, è necessario che questi siano dotati dell’opportuna viscosità.

Per ottenere questo risultato, le aziende produttrici, ricorrono all’uso di solventi, che verranno poi fatti evaporare subito dopo la stampa mediante trattamento ad alta temperatura. Oppure, vanno a realizzare delle resine viscose, che poi verranno polimerizzate per mezzo dell’esposizione alla radiazione ultravioletta.

Noi abbiamo impiegato entrambe le tipologie di prodotto, come conduttori, isolanti, paste per il fissaggio di componenti SMD, e resine incapsulanti.

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 Inchiostri Conduttivi

Per la stampa dei conduttori, sono stati impiegati, inchiostri realizzati mediante la dispersione di particelle, monocristalli o piccole molecole di elementi conduttori, all’interno di resine termoindurenti. Questi prodotti, sono non conduttivi al momento dell’impiego, per poi diventarlo a seguito di un trattamento termico. Nel nostro caso il materiale disperso nella resina può essere Argento, o Carbonio.

Nell’impiegare questi materiali si è fatto riferimento ai data sheet, al confronto diretto con gli uffici tecnici delle case produttrici, ed ai risultati sperimentali ottenuti. Infatti, lo studio della documentazione ci ha fornito esclusivamente un buon punto di partenza, da perfezionare ed adeguare alla struttura produttiva. Per esempio le temperature di essiccazione, vanno adeguate alla tipologia di forni a disposizione, cosi come la scelta della macchina da stampa o il formato del telaio serigrafico.

Per realizzare le piste di collegamento si è impiegato Electrodag PF410 di LOCTITE. Il prodotto viene fornito sotto forma di resina termoindurente, ready to use, che in questo caso vuol dire che non necessita di diluizione. Presenta ottime capacità di adesione su substrati in poliestere, anche se non trattato, come quello descritto sopra, e subito dopo la stampa può essere essiccato mediante forni a convezione, o a raggi infrarossi. Nel nostro caso si è fatto uso di forni a convezione, forno statico, alla temperatura di 120ºC per 30 min.

Questo vuol dire che una volta stampato il primo strato su tutto il lotto di produzione, i pezzi (fogli di poliestere più argento), vengono processati in forno per mezz’ora, prima di poter passare alla stampa dello strato successivo.

Molto simile a quello appena descritto è il processo di stampa dei layer di grafite, per i quali è stata impiegato, Electrodag PF407-C sempre di LOCTITE. In questo caso è diverso il tipo di telaio serigrafico 90 fili/cm contro i 71 dell’argento, identica, invece, la procedura per l’essiccazione. I valori di resistenza ottenuti in fase di produzione, differiscono leggermente da quelli indicati nei data sheet, ma sono calibrati, in ogni caso, in modo da rientrare nelle specifiche del prodotto realizzato.

39 Un’ulteriore tipologia di inchiostri conduttivi sono quelli di natura organica, in questo caso il polimero conduttivo, PEDOT, è disciolto in una miscela con solventi, che vengono fatti evaporare dopo la stampa. Questa categoria di inchiostri viene impiegata quando è necessario avere trasparenza degli elementi conduttivi, quello di cui noi abbiamo fatto uso è ORGACONTM EL-P5015 di Agfa. Il tipo di telaio impiegato è lo stesso usato per l’argento, mentre i tempi di essiccazione sono molto diversi, infatti il processo si completa in 3minuti alla temperatura di 130ºC.

Oltre alla compatibilità con il substrato, è molto importante la compatibilità tra l’uno e l’altro inchiostro, specie quando si tratta di fornitori differenti, e soprattutto accoppiamenti di resine termostatiche e inchiostri a solvente, Ag+Orgacon ad esempio. Infatti il solvente contenuto nella resina, potrebbe intaccare l’Orgacon già essiccato. Quindi risulta fondamentale rispettare un corretto ordine di stampa e scegliere solventi fra loro ortogonali, cioè che non vadano ad attaccare gli strati, precedentemente depositati, con cui vengono reciprocamente a contatto.

 Inchiostri Isolanti

Utilizzati per la realizzazione di crossover e la passivazione dei cavi flessibili di interfacciamento, possono essere di varia natura, noi abbiamo impiegato delle resine a polimerizzazione UV. In particolare, il prodotto utilizzato è stato Electrodag 452 SS di LOCTITE.

La stampa del prodotto, come accennato è stata realizzata per mezzo di un tessuto a 90 fili/cm, mentre l’essiccazione mediante forno a tappeto UV, con le seguenti specifiche: potenza 80W/cm; velocità del tappeto 10m/s.

Per garantire il perfetto isolamento, nel caso di crossover, si è sempre proceduto con un doppio passaggio di isolante, questo per fare in modo che il secondo passaggio coprisse eventuali difetti rimasti sul primo. La corretta polimerizzazione della resina, garantisce l’adesione dell’inchiostro al supporto, oltre che allo strato conduttivo. La valutazione avviene sempre per mezzo del test definito da ASTM.

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 Colle Epossidiche e Resine Incasulati

L’impiego di questi due inchiostri è limitato, nel nostro caso, all’assemblaggio di componenti a montaggio superficiale SMD (souface mounting device). La procedura adottata, risulta abbastanza complessa, prevede infatti, una fase di assemblaggio in pick and place, tra due fasi di stampa. La prima per realizzare le piazzole adesive/conduttive, colla epossidica a base argento, la seconda per bloccare il componente e proteggerlo meccanicamente, resina a polimerizzazione UV trasparente.

In particolare i componenti vengono piazzati su la colla ancora non essiccata, quindi anch’essi saranno sottoposti allo stesso trattamento termico. Allo stesso modo, verranno esposti alla luce UV, per la polimerizzazione della resina incapsulante. Sarà dunque, ancora una volta, necessario che tutti gli elementi coinvolti siano compatibili col processo produttivo, in questo caso i componenti devono poter resistere almeno fino alla temperatura di polimerizzazione, per il tempo necessario a che questa si concluda.

Gli inchiostri usati sono stati, Electrodag 5915 di LOCTITE, come adesivo/conduttivo, ed EC 9515 di EMS, come incapsulante. Entrambi stampati per mezzo di un tessuto a 36 fili/cm. Il trattamento termico dell’epossidico prevede, come per le piste conduttive, un ciclo di 30 min a 120ºC, mentre la polimerizzazione dell’incapsulante avviene a 80W/cm alla velocità di 10 m/s, doppio passaggio in forno.

Anche per i componenti SMD, l’ente di standardizzazione ASTM ha previsto un test, che è F 1995-00, e che consente di stabilire il buon ancoraggio del componente sul circuito. Questo punto è molto critico, si tenga presente infatti, che quanto descritto vale per circuiti flessibili, mentre i componenti sono comunque rigidi, di conseguenza le sollecitazioni dovute alla flessione del supporto potrebbero facilmente causarne il distacco, se questi non fossero perfettamente ancorati. Proprio per questa ragione, oltre ai test definiti dallo standard, sono stati implementati internamente ulteriori stress-test eseguiti a campione, sul prodotto finito, che descriveremo nel seguente capitolo

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