About / Advertise
Nya material gör att intresset för kretskort i plast ökar
När komponenterna monteras direkt på ytterhöljet blir det vanliga mönsterkortet överflödigt. Tekniken ställer dock höga krav på konstruktionsverktyg och monteringsutrustning som måste kunna hantera höjddimensionen.
När komponenterna monteras direkt på ytterhöljet blir det vanliga mönsterkortet överflödigt. Tekniken ställer dock höga krav på konstruktionsverktyg och monteringsutrustning som måste kunna hantera höjddimensionen.
- En orsak till att ytterhöljet blir alltmer intressant som ett alternativ till vanliga mönsterkort är att det nu finns plaster med tillräckligt bra egenskaper för att kunna ersätta vanliga mönsterkort, säger Bengt Hagström på plastforskningsinstitutet IFP Research.
Termoplaster har fördelen att vara formbara samtidigt som de tål relativt höga temperaturer. De är dessutom starka, väger lite samt rostar inte.
Tekniken heter MID, Mould Interconnect Devices, och bygger på att man utnyttjar ytterhöljet som mönsterkort. Höljet är av formsprutad termoplast och kan ha vilken form som helst. Metoden ger produktutvecklaren större designfrihet, eftersom kretskortet inte begränsar formen på produkten.
Andra fördelar är att tillverkningen blir billigare av att den kan ske i färre steg och antalet komponenter som måste monteras minskar. Man får bland annat bland annat större möjlighet att integrera elektromekaniska delar som redan tillverkas med formsprutning till exempel vissa kontakter och omkopplare. Johan Liu, professor i elektronikproduktion på Chalmers tekniska högskola, menar att termoplaster även minskar risken för att konstruktionen ska gå sönder. Ett plasthölje expanderar mycket mindre än ett vanligt mönsterkort när det utsätts för värme. Därmed är risken för att ledningar och lödanslutningar ska gå sönder mycket mindre om man använder plast istället för FR4-laminat. En annan fördel med att använda plast är att materialet lättare kan återvinnas än vanliga mönsterkort. Plast är dessutom flamhärdigt, vilket gör att man slipper använda flamskyddsmedel.
Passar för antenner
Den termoplast som används mest idag för formpressade mönsterkort är LCP, Liquid Crystal Polymer. LCP tål temperaturer upp till 220°C men är relativt dyrt. Ett annat, billigare alternativ som man för närvarande tittar på i Tyskland är strålningsförnätad PBT, Poly Butylen Tereftalat. Det är intressant då strålningsförnätning ger bra temperaturtålighet vid lödning.
Ett av de svenska företag som redan använder sig av MID är antenntillverkaren Allgon. Företaget tillverkar antennmönster som etsas fram ur metalliserade polymerpolylaminat.
- Fördelen med MID är att man har stor designfrihet och att det blir få steg i tillverkningen. Metoden passar bra för produktion av stora volymer, säger Lena Apelskog Killander på Allgon.
Nackdelen är att tekniken kräver lång utvecklingstid och komplicerade verktyg.
- Det är viktigt att verkligen veta vad man gör från början. Om man behöver förändra i konstruktionen måste man ändra i verktygen, vilket gör att det tar lång tid, säger Lena Apelskog Killander.
Tredimensionella kort ställer onekligen högre krav på konstruktionsverktygen. Majoriteten av dagens verktyg baseras på 2,5D-beskrivning. Det innebär att man till viss del kan ta hänsyn till konstruktionens utformning i höjdled, men kan exempelvis inte placera komponenter lodrätt längs med en vertikal sida.
För konstruktion av mekanik finns däremot sedan länge verktyg som fullt ut kan hantera tre dimensioner.
- Idag när man vill göra 3D-konstruktioner inom elektronik använder man ofta mekanikverktyg, säger Duncan Hooper på verktygsföretaget Zuken Technology.
Men enligt honom tar inte mekanikverktygen hänsyn till kraven inom elektronikkonstruktion och saknar relevanta datamodeller. Zuken Technology har tagit fram EM Designer, ett verktyg för tredimensionell elektronikkonstruktion och därmed gör det lättare att ta fram MID-höljen och böjda kretskort. Verktyget kan än så länge inte simulera konstruktionens strålningsmängd och värmeutveckling, men Zuken jobbar på att ta fram funktioner som ska klara detta.
Det är inte bara verktygen som måste anpassas.
- Monteringsmaskinerna måste klara av att reglera komponentplaceringen även i höjdled och inte bara ta hänsyn till ett plant kort, säger Björn Langbeck som jobbar med monteringsfrågor på IVF.
Klarar 3D-montering
Monteringsutrustningen som används idag är av 2,5D-modell och kan bara i begränsad utsträckning ta hänsyn till höjddimensionen, vilket inte räcker för de formpressade mönsterkortens hörn och krökta ytor. Det krävs minst en sexaxlig robot för att klarar av att montera MID-höljen med samma precision som vanliga mönsterkort.
- Nu börjar det bli möjligt att köpa utrustning som klarar tredimensionell montering, säger Björn Langbeck.
Termoplaster har fördelen att vara formbara samtidigt som de tål relativt höga temperaturer. De är dessutom starka, väger lite samt rostar inte.
Tekniken heter MID, Mould Interconnect Devices, och bygger på att man utnyttjar ytterhöljet som mönsterkort. Höljet är av formsprutad termoplast och kan ha vilken form som helst. Metoden ger produktutvecklaren större designfrihet, eftersom kretskortet inte begränsar formen på produkten.
Andra fördelar är att tillverkningen blir billigare av att den kan ske i färre steg och antalet komponenter som måste monteras minskar. Man får bland annat bland annat större möjlighet att integrera elektromekaniska delar som redan tillverkas med formsprutning till exempel vissa kontakter och omkopplare. Johan Liu, professor i elektronikproduktion på Chalmers tekniska högskola, menar att termoplaster även minskar risken för att konstruktionen ska gå sönder. Ett plasthölje expanderar mycket mindre än ett vanligt mönsterkort när det utsätts för värme. Därmed är risken för att ledningar och lödanslutningar ska gå sönder mycket mindre om man använder plast istället för FR4-laminat. En annan fördel med att använda plast är att materialet lättare kan återvinnas än vanliga mönsterkort. Plast är dessutom flamhärdigt, vilket gör att man slipper använda flamskyddsmedel.
Passar för antenner
Den termoplast som används mest idag för formpressade mönsterkort är LCP, Liquid Crystal Polymer. LCP tål temperaturer upp till 220°C men är relativt dyrt. Ett annat, billigare alternativ som man för närvarande tittar på i Tyskland är strålningsförnätad PBT, Poly Butylen Tereftalat. Det är intressant då strålningsförnätning ger bra temperaturtålighet vid lödning.
Ett av de svenska företag som redan använder sig av MID är antenntillverkaren Allgon. Företaget tillverkar antennmönster som etsas fram ur metalliserade polymerpolylaminat.
- Fördelen med MID är att man har stor designfrihet och att det blir få steg i tillverkningen. Metoden passar bra för produktion av stora volymer, säger Lena Apelskog Killander på Allgon.
Nackdelen är att tekniken kräver lång utvecklingstid och komplicerade verktyg.
- Det är viktigt att verkligen veta vad man gör från början. Om man behöver förändra i konstruktionen måste man ändra i verktygen, vilket gör att det tar lång tid, säger Lena Apelskog Killander.
Tredimensionella kort ställer onekligen högre krav på konstruktionsverktygen. Majoriteten av dagens verktyg baseras på 2,5D-beskrivning. Det innebär att man till viss del kan ta hänsyn till konstruktionens utformning i höjdled, men kan exempelvis inte placera komponenter lodrätt längs med en vertikal sida.
För konstruktion av mekanik finns däremot sedan länge verktyg som fullt ut kan hantera tre dimensioner.
- Idag när man vill göra 3D-konstruktioner inom elektronik använder man ofta mekanikverktyg, säger Duncan Hooper på verktygsföretaget Zuken Technology.
Men enligt honom tar inte mekanikverktygen hänsyn till kraven inom elektronikkonstruktion och saknar relevanta datamodeller. Zuken Technology har tagit fram EM Designer, ett verktyg för tredimensionell elektronikkonstruktion och därmed gör det lättare att ta fram MID-höljen och böjda kretskort. Verktyget kan än så länge inte simulera konstruktionens strålningsmängd och värmeutveckling, men Zuken jobbar på att ta fram funktioner som ska klara detta.
Det är inte bara verktygen som måste anpassas.
- Monteringsmaskinerna måste klara av att reglera komponentplaceringen även i höjdled och inte bara ta hänsyn till ett plant kort, säger Björn Langbeck som jobbar med monteringsfrågor på IVF.
Klarar 3D-montering
Monteringsutrustningen som används idag är av 2,5D-modell och kan bara i begränsad utsträckning ta hänsyn till höjddimensionen, vilket inte räcker för de formpressade mönsterkortens hörn och krökta ytor. Det krävs minst en sexaxlig robot för att klarar av att montera MID-höljen med samma precision som vanliga mönsterkort.
- Nu börjar det bli möjligt att köpa utrustning som klarar tredimensionell montering, säger Björn Langbeck.
Lisa Ringström
