睡眠監(jiān)測設(shè)備在現(xiàn)代健康管理中愈發(fā)重要，其性能的優(yōu)劣很大程度上取決于內(nèi)部組件的連接可靠性，尤其是柔性傳感器與印刷電路板組件（PCBA）之間的連接。柔性傳感器憑借其可彎曲、可拉伸的特性，能夠貼合人體復(fù)雜曲面，精準(zhǔn)采集睡眠中的生理數(shù)據(jù)，如心率、呼吸率、體動等。而柔性印刷電路板（FPC）工藝為實現(xiàn)柔性傳感器與PCBA的可靠連接提供了有效途徑，本文將深入探討如何借助FPC工藝提升這一連接的可靠性。
柔性傳感器與FPC工藝概述
柔性傳感器工作原理與特點
柔性傳感器是睡眠監(jiān)測設(shè)備的核心感知部件，可基于多種原理工作。以壓阻式柔性壓力傳感器為例，當(dāng)受到外界壓力，如人體在睡眠中的體動產(chǎn)生的壓力時，其內(nèi)部敏感材料的電阻值會發(fā)生變化，通過測量電阻變化即可感知壓力大小，并轉(zhuǎn)化為電信號輸出。這類傳感器采用有機(jī)聚合物材料、納米材料等制成，具有柔韌性與可變形性，能夠貼合人體皮膚，適應(yīng)睡眠中身體的各種姿勢變化；同時具備良好的適應(yīng)性與貼合性，可在動態(tài)環(huán)境下穩(wěn)定工作，準(zhǔn)確捕捉生理信號；還擁有集成性與多功能性，可將多種傳感器功能集成在同一柔性基底上，全面監(jiān)測睡眠狀態(tài)。
FPC工藝簡介
FPC以聚酰亞胺（PI）或聚酯（PET）薄膜為基材，制造工藝復(fù)雜且精細(xì)。在基材準(zhǔn)備階段，需對附有銅箔的PI或PET薄膜進(jìn)行切割、清潔與預(yù)處理，確保其質(zhì)量與工藝穩(wěn)定性。圖形轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)，常采用光刻法或絲網(wǎng)印刷法將電路圖案轉(zhuǎn)移至銅箔上，光刻法借助光敏材料與紫外線曝光實現(xiàn)精準(zhǔn)圖案轉(zhuǎn)移，絲網(wǎng)印刷法則通過絲網(wǎng)模板將導(dǎo)電墨水印刷到基材。蝕刻過程利用化學(xué)蝕刻液去除未被保護(hù)的銅箔，從而形成精確的電路圖案，此過程對蝕刻溶液的濃度、溫度與時間控制要求極高。鉆孔和電鍍用于在FPC上形成通孔或盲孔，實現(xiàn)不同層之間的電氣連接，鉆孔可采用機(jī)械鉆孔或激光鉆孔，之后通過電鍍在孔壁形成導(dǎo)電層。為增強(qiáng)FPC的機(jī)械強(qiáng)度與環(huán)境耐受性，需進(jìn)行覆膜和壓合操作，選擇合適膜材進(jìn)行涂布與熱壓，并通過壓合形成多層結(jié)構(gòu)。最后，對FPC進(jìn)行表面處理，如鍍金、鍍銀、采用有機(jī)保焊膜（OSP）等，以提升焊接性能與可靠性。
FPC工藝提升柔性傳感器連接可靠性的關(guān)鍵因素
材料選擇與匹配
- 柔性基底材料：柔性傳感器的基底材料與FPC的基材需相互匹配。PI材料具有優(yōu)異的耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度與柔韌性，是柔性傳感器和FPC常用的基底材料。在睡眠監(jiān)測設(shè)備中，其可承受一定的彎折與拉伸，保證傳感器在長期使用和貼合人體過程中的穩(wěn)定性。例如，在制作貼合手腕的睡眠監(jiān)測手環(huán)的柔性傳感器連接時，PI基底能有效抵抗日常使用中的微小形變，維持傳感器與FPC連接的可靠性。PET材料成本較低、加工性能好，在一些對成本敏感的消費級睡眠監(jiān)測設(shè)備中應(yīng)用廣泛，但其綜合性能略遜于PI。在選擇時，需權(quán)衡設(shè)備的性能要求與成本預(yù)算，確保基底材料既能滿足柔性傳感器的柔性需求，又能與FPC在后續(xù)加工與使用中良好適配。
- 導(dǎo)電材料：柔性傳感器與FPC連接中的導(dǎo)電材料，如石墨烯、導(dǎo)電纖維、碳納米管等，對連接可靠性至關(guān)重要。石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度，極薄的厚度使其能很好地集成在柔性結(jié)構(gòu)中。在高頻信號傳輸?shù)乃弑O(jiān)測應(yīng)用場景中，石墨烯可有效降低信號傳輸損耗，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確快速傳輸。導(dǎo)電纖維和碳納米管通過編織或沉積在柔性基底上形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)穩(wěn)定的信號傳導(dǎo)。在可穿戴睡眠監(jiān)測設(shè)備中，這些導(dǎo)電材料在FPC與柔性傳感器之間構(gòu)建可靠的電氣連接通路，即便在設(shè)備隨人體運動發(fā)生一定程度的拉伸或彎曲時，也能維持良好的導(dǎo)電性能。
制造工藝控制
- 圖形轉(zhuǎn)移精度：在FPC制造過程中，圖形轉(zhuǎn)移的精度直接影響柔性傳感器與FPC連接的準(zhǔn)確性。光刻法中的曝光環(huán)節(jié)，若曝光時間、光強(qiáng)控制不當(dāng)，會導(dǎo)致電路圖案偏差，使傳感器與FPC連接時出現(xiàn)引腳錯位等問題，影響電氣連接的可靠性。采用高分辨率的光刻設(shè)備，并嚴(yán)格控制曝光參數(shù)，可將圖形轉(zhuǎn)移精度提升至微米級，確保柔性傳感器引腳與FPC焊盤精準(zhǔn)對接，降低信號傳輸異常的風(fēng)險。在睡眠監(jiān)測設(shè)備中，精確的圖形轉(zhuǎn)移能保證傳感器采集的生理信號準(zhǔn)確無誤地傳輸至PCBA進(jìn)行后續(xù)處理。
- 蝕刻質(zhì)量：蝕刻工藝對FPC電路線條的精度和表面質(zhì)量有重要影響。蝕刻過度會導(dǎo)致電路線條變細(xì)甚至斷裂，蝕刻不足則會殘留多余銅箔，引發(fā)短路問題。在制作睡眠監(jiān)測設(shè)備的FPC時，通過精確控制蝕刻溶液的濃度、溫度和時間，可確保蝕刻出的電路線條邊緣整齊、寬度均勻，滿足柔性傳感器連接的電氣性能要求。例如，采用先進(jìn)的蝕刻設(shè)備和自動化控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測和調(diào)整蝕刻過程，提高蝕刻質(zhì)量的一致性，從而提升柔性傳感器與FPC連接的長期可靠性。
- 鉆孔與電鍍質(zhì)量：FPC上的鉆孔用于實現(xiàn)不同層之間以及與柔性傳感器的電氣連接，鉆孔的垂直度、孔徑精度對連接可靠性影響顯著。激光鉆孔技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度鉆孔，減少對孔壁周圍材料的損傷。鉆孔后進(jìn)行電鍍，在孔壁形成均勻、連續(xù)的導(dǎo)電層是確保電氣連接良好的關(guān)鍵。在睡眠監(jiān)測設(shè)備中，若孔壁電鍍層存在缺陷，如空洞、厚度不均勻等，會增加接觸電阻，導(dǎo)致信號傳輸不穩(wěn)定。因此，優(yōu)化電鍍工藝參數(shù)，采用先進(jìn)的電鍍設(shè)備，如脈沖電鍍技術(shù)，可提高電鍍層質(zhì)量，增強(qiáng)柔性傳感器與FPC連接的可靠性。
連接設(shè)計優(yōu)化
- 焊點設(shè)計：合理的焊點設(shè)計能有效分散連接部位的應(yīng)力，提高連接的可靠性。在柔性傳感器與FPC連接的焊點設(shè)計中，采用較大的焊點尺寸可增加連接面積，提高機(jī)械強(qiáng)度，但過大的焊點可能會影響FPC的柔性。因此，需根據(jù)實際應(yīng)用場景和材料特性，優(yōu)化焊點形狀與尺寸。例如，采用橢圓形焊點，在保證一定連接強(qiáng)度的同時，減少對FPC柔性的影響。同時，在焊點周圍增加助焊劑涂層，可改善焊接濕潤性，降低焊接缺陷的產(chǎn)生概率，確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
- 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計：由于柔性傳感器和FPC在使用過程中可能會受到彎折、拉伸等外力作用，在連接部位增加補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計十分必要。在FPC與柔性傳感器連接的關(guān)鍵區(qū)域，粘貼PI或FR4補(bǔ)強(qiáng)板，可增強(qiáng)局部剛性，減少彎折應(yīng)力對焊點的沖擊。例如，在睡眠監(jiān)測設(shè)備中，經(jīng)常彎折的部位（如可彎曲的表帶與傳感器連接區(qū)域）增加補(bǔ)強(qiáng)板，能夠有效防止焊點開裂，延長連接的使用壽命。此外，還可采用階梯式焊盤設(shè)計，通過延長應(yīng)力釋放路徑，進(jìn)一步分散機(jī)械載荷，提升連接的可靠性。
結(jié)論
FPC工藝在提升睡眠監(jiān)測設(shè)備PCBA中柔性傳感器連接可靠性方面起著至關(guān)重要的作用。通過合理選擇材料、嚴(yán)格控制制造工藝以及優(yōu)化連接設(shè)計，能夠有效增強(qiáng)連接的穩(wěn)定性、抗彎折性和電氣性能，確保柔性傳感器在睡眠監(jiān)測設(shè)備中準(zhǔn)確、可靠地工作。隨著科技的不斷進(jìn)步，F(xiàn)PC工藝也將持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，為睡眠監(jiān)測設(shè)備的性能提升和功能拓展提供更堅實的技術(shù)支持，助力人們實現(xiàn)更精準(zhǔn)、更全面的睡眠健康管理。
因設(shè)備、物料、生產(chǎn)工藝等不同因素，內(nèi)容僅供參考。了解更多smt貼片加工知識，歡迎訪問深圳PCBA加工廠家-1943科技。
2024-04-26
