Kegagalan Medan Biasa untuk Membran Lapisan Film Polimer Tebal

Saklar membran menawarkan jawaban ekonomis dan menarik secara kosmetik untuk aplikasi pengalihan elektronik. Mereka menyediakan sistem saklar tertutup yang biasanya terbuka. Digunakan dalam berbagai macam aplikasi, mereka dapat memenuhi persyaratan ketat untuk shock dan getaran; air, UV dan ketahanan kimia dan umur panjang. Dengan desain yang tepat dan pilihan bahan, switch membran dapat memberikan kinerja dan daya tahan yang diperlukan untuk aplikasi yang paling menuntut.

Diskusi berikut ini mencakup poin kegagalan umum yang dapat dikurangi, dihindari atau dihilangkan dengan pemilihan desain dan material yang tepat.

Migrasi Perak: Masalah migrasi perak akan menjadi yang terbesar dalam aplikasi di mana kelembaban, panas, dan kelembaban sangat umum. Migrasi perak adalah gerakan ionik perak antara dua jejak yang berdekatan di mana potensi tegangan ada. Seiring waktu, migrasi perak dapat menyebabkan kekurangan listrik. Migrasi perak biasanya diaktifkan oleh kelembaban. Ada beberapa metode untuk mengurangi migrasi perak, termasuk perekat penyegelan, gasketing perimeter penuh dan hambatan desain lainnya. Konfigurasi mekanis, ikatan ke casing perangkat dan perangkat keras yang menghubungkan semuanya dapat berkontribusi untuk mengatasi kegagalan.

Dielektrik Cross-over, Jumper atau Jembatan: Ketika persyaratan OEM meminta layout sirkuit yang padat untuk memenuhi kebutuhan akan sejumlah besar switch dalam dimensi X-Y yang terbatas, kebanyakan produsen saklar membran menggunakan cross-overs yang dicetak, jumper atau jembatan (semuanya mengacu pada metode yang serupa). Dalam manifestasi yang paling sederhana, jejak perak dicetak pertama, diikuti oleh bahan dielektrik yang dicetak, dan selesai dengan jejak perak dicetak lain di atas dielektrik. Lapisan isolasi dielektrik adalah titik lemah dalam konstruksi ini. Karena sifat yang melekat pada material dan metode aplikasi, kegagalan umum adalah celana pendek mikro yang terjadi di antara dua jejak yang tumpang tindih sebagai perak yang melindas melalui dielektrik berpori. Meskipun ada pembuatan dan metode pengujian untuk membantu mengurangi masalah ini, cara terbaik untuk menghindari kegagalan ini adalah dengan menghindari cross-over atau jumper sama sekali. Beberapa produsen saklar membran dapat menyediakan sirkuit dua sisi di mana lapisan poliester memberikan insulasi dan sepenuhnya menghilangkan risiko.

Hamparan Grafis: Hamparan grafis mendapat jumlah stres yang mengejutkan di area tempat kontak sakelar dibuat. Pemilihan material overlay yang tidak tepat dapat menyebabkan lapisan grafis retak dan delaminasi. Keretakan ini bisa terjadi hanya dalam beberapa ratus aktuasi. Sementara awalnya memanifestasikan dirinya sebagai "masalah kosmetik" itu dapat berkembang ke titik penutupan sakelar non-taktil yang berfungsi secara fungsional.

Runtuh Saklar: Sambungan saklar membran non-taktil dibuat ketika jari atau probe mendorong elemen korslet terhadap lapisan rangkaian jari bersarang untuk sementara menutup sirkuit. Permukaan kontak sering hanya dipisahkan oleh beberapa seperseribu inci. Variasi suhu, tekanan udara atau bahkan beberapa aktuasi dapat menyebabkan udara keluar dari ruang kontak yang menciptakan perbedaan tekanan yang mengarah ke sakelar yang runtuh. Desain saklar membran yang tepat akan mengurangi masalah ini. Penyegelan, kubah taktil, dan ventilasi adalah beberapa metode yang umum digunakan untuk mencegah sakelar yang runtuh.

Kubah plastik dapat runtuh karena suhu operasi yang ekstrim (tinggi dan rendah) dan harus dibatasi untuk aplikasi dalam lingkungan yang terkendali. Kekuatan aktuasi juga dipengaruhi oleh suhu, dengan temps tinggi menghasilkan gaya aktuasi yang sangat rendah dan umpan balik operator, dan gaya aktuasi suhu rendah menghasilkan gaya aktuasi yang tinggi dan suara "kencang" dan perasaan kepada operator. Parameter desain untuk kubah plastik sangat penting untuk kinerja dan daya tahannya. Tidak ada pemulihan untuk kubah plastik yang runtuh setelah geometrinya dikompromikan.

Penyebab umum kubah logam yang runtuh meliputi, tetapi tidak terbatas pada yang berikut. Jika kubah logam didukung oleh permukaan kandang cetakan injeksi plastik, bisa ada keragaman dalam kerataan atau bahkan kantong atau cangkir yang tidak mendukung satu atau lebih kaki kubah logam. Manifestasi lain dari permukaan dasar yang tidak teratur adalah jika kubah logam ditempatkan ke dalam majelis switch membran dengan satu atau lebih kaki yang didukung di atas lapisan spacer perekat. Setiap kasus ini menyebabkan kegagalan kubah prematur. Selanjutnya, perawatan harus diambil untuk memilih produsen kubah logam dengan sejarah proses produksi yang dapat diterima secara konsisten dan pilihan bahan.

Jejak retak: Hal ini sangat umum untuk substrat dielektrik untuk membengkokkan, melipat atau dipelintir sebagai bagian dari proses perakitan. Jejak film tebal polimer yang dicetak pada substrat dapat retak ketika berulang kali ditekuk atau dikerutkan tajam pada jari-jari luar. Desain yang tepat dengan pemilihan material yang baik dan lay out dapat menghilangkan sebagian besar penyebab jejak retak. Pabrikan sirkuit dua sisi polimer memiliki solusi terbaik dengan menempatkan rangkaian jejak ekor di belakang atau di dalam jari-jari dari rangkaian ekor dan menghilangkan cross-overs, jembatan, jumper, dll. Yang dapat dipenuhi dengan jejak retak dari tumpukan cetak diatas dielektrik dan jejak sirkuit konduktif.

Kehidupan Taktil Miskin: Switch umpan taktil, jika dirancang dan diproduksi dengan benar dapat bertahan jutaan siklus. Namun desain yang tidak tepat, pemilihan material atau metode manufaktur yang buruk dapat menciptakan saklar yang kehilangan respons sentuhan mereka dalam waktu singkat. Kerusakan bantalan kontak, korosi, ventilasi yang buruk, ketidakcocokan materi dan metode fabrikasi yang buruk adalah beberapa penyebab umum untuk kehidupan taktil yang buruk.

Membuat saklar membran yang kuat membutuhkan pabrikan berpengalaman yang memiliki keahlian dalam bidang material, keandalan, desain, dan metode manufaktur yang tangguh. Setiap desain kustom baru harus benar-benar diuji sebelum diluncurkan ke dalam produksi. Pastikan bahwa produsen saklar membran yang Anda pilih memiliki pengalaman dan teknologi untuk menangani kebutuhan Anda.

Deposisi Film Tipis Untuk Mengangkat Mati: Dasar-Dasar Penting

Thin Film Coatings kadang-kadang diterapkan ke seluruh permukaan substrat, "dinding ke dinding" sehingga untuk berbicara, dalam film tak putus terus menerus. Tetapi banyak kali bentuk akhir dari bahan khusus apa pun yang sedang dipraktekkan terpola sehingga dilapisi dalam bidang-bidang khusus tertentu dan telanjang pada yang lain.

Ada dua cara utama untuk mencapai efek ini:

1. Proses Subtraktif, atau Etch Back – seluruh permukaan dilapisi, dan kemudian pilih bagian yang dihapus, meninggalkan pola yang diinginkan. Langkah pembuatan pola biasanya melibatkan beberapa bentuk agen masking fisik dan kemudian jenis pengetsaan yang sesuai untuk menghapus apa yang harus dihapus dan tidak merusak apa pun.

2. Aditif, atau proses Angkat Mati – langkah pembuatan pola, yang sekali lagi biasanya akan melibatkan semacam agen masking fisik, datang lebih dulu. Ini diikuti oleh proses pelapisan, yang mirip dengan menggunakan stensil. Hanya pola yang diinginkan yang diterapkan melalui bukaan di masker ke substrat yang sebenarnya. Kelebihan berakhir di atas topeng dan dihapus ketika topeng diangkat. Jenis proses Lifting Film Tipis Tipis akan menjadi subjek artikel ini.

Pertimbangan utama untuk memilih proses Physical Vapor Deposition (PVD) untuk Lift Off adalah spesifikasi pola. Jika dimensi pola dan toleransi relatif besar, masker fisik seperti stensil lembaran logam tipis dapat bekerja dan prosesnya bisa pada dasarnya jenis apa pun. Tetapi untuk dimensi yang lebih kecil, resolusi garis yang lebih tajam, dan toleransi yang lebih ketat, topeng mungkin harus photoresist. Untuk mencapai garis yang bersih, photoresist ini biasanya diekspos dan dikembangkan untuk menciptakan kemiringan negatif, sebuah "overhanging" edge sehingga deposisi dapat dibayangi di bawahnya meninggalkan celah kecil antara tepi garis yang dilapisi dan cakupan photoresist. Ada juga photoresists dual layer khusus untuk tujuan ini, memberikan langkah overhang bukan lereng.

Dan untuk mengambil keuntungan nyata dari kemampuan yang diberikan, yang dapat memberikan hasil yang baik dalam mikron atau dimensi yang lebih kecil, aliran uap pengendapan harus memiliki jalur bebas rata-rata panjang dan menimpa pada substrat bertopeng tegak lurus ke permukaannya. Yang pertama membutuhkan tekanan ruang rendah, biasanya di bawah 10-4 torr. Dan yang terakhir biasanya membutuhkan lemparan yang relatif panjang – jarak dari sumber ke substrat.

Untuk kedua alasan ini, Thermal Evaporation biasanya merupakan proses pilihan PVD. Sumber biasanya terletak di tengah bagian bawah ruang silinder vertikal. Pemegang substrat (biasanya disebut perkakas) adalah kubah berputar sekitar sumbu vertikal yang berpusat di atas sumber pada jarak yang khas dari 18 inci atau lebih. Kubah biasanya melengkung, sebagian dari bola dengan beberapa jari-jari kelengkungan. Untuk Lift Off, radius kelengkungan ini harus sama dengan jarak lempar, yang merupakan sumber untuk jarak substrate (kubah).

Jika sumbernya adalah sumber titik matematika yang benar, maka akan berada di pusat lingkup imajiner jari-jari R, dengan kubah yang sebenarnya adalah bagian paling atas dari bola tersebut. Dengan tekanan proses biasanya dalam rentang 10-5-10-6 torr, jalur bebas rata-rata – jarak rata-rata sebuah atom atau molekul yang menguap akan bergerak dalam garis lurus sebelum bertabrakan dengan atom atau molekul gas lain – akan setidaknya sebanding dengan R. Dan dengan partikel-partikel uap semua perjalanan dalam garis lurus ke semua titik pada kubah, masing-masing berada pada garis radial langsung dan akan menyerang permukaan kubah tegak lurus terhadap bidang yang akan bersinggungan dengan permukaan pada titik itu.

Kondisi ini menghasilkan insiden tegak lurus pada permukaan kubah melengkung, yang diperlukan untuk akurasi pola terbaik – aliran uap yang datang pada sudut tidak akan disimpan tepat di pusat pembukaan photoresist (topeng) seperti yang dimaksudkan. Tetapi substrat hampir selalu datar, yang merupakan penyimpangan dari permukaan lengkung ideal ini dan oleh karena itu deviasi dari insidensi yang sepenuhnya tegak lurus. Aturan praktis yang baik untuk akurasi tinggi Pola Angkat Mati adalah untuk menjaga kesalahan sudut ini, deviasi dari pelurusan arus uap tegak lurus pada substrat, hingga kurang dari 5 derajat. Dan, untuk substrat seperti wafer semikonduktor di kubah perkakas standar, aliran uap tegak lurus di pusat wafer (kesalahan sudut nol) dan meningkat ke arah tepi, dengan kesalahan maksimum tergantung pada diameter wafer dalam kaitannya dengan lemparan jarak.

Pada jarak lempar 18 inci, wafer 3 inci dengan demikian akan memiliki kesalahan maksimum 4,8 º pada ujungnya, dengan wafer 4 inci memiliki kesalahan 6,4 dan wafer yang lebih besar memiliki kesalahan yang lebih besar. Pada jarak lempar 24 inci, kesalahan wafer 4 inci akan berkurang menjadi 4,8º dengan wafer 6 inci menjadi 7,2º. Wafer yang lebih besar membutuhkan jarak lontaran yang lebih panjang untuk resolusi tinggi. Hasil Angkat, dan jarak yang lebih jauh juga membutuhkan jalur bebas berarti lebih panjang yang berarti tekanan vakum lebih baik.

Fakta penting lain yang terkait dengan tooling Lift Off seperti yang dijelaskan adalah bahwa, dengan jarak lempar yang konstan di seluruh kubah, tingkat pengendapan uap intrinsik akan jatuh dari maksimum di pusat kubah langsung di atas sumber ke nilai yang lebih rendah mendekati perimeter. Sesuai dengan Hukum Knudsen, ini harus mengikuti kurva kosinus teoritis untuk peningkatan penyimpangan sudut aliran evaporant dari nol (vertikal) di pusat hingga maksimum pada perimeter kubah.

Keseragaman ketebalan pengendapan yang intrinsik ini harus dikompensasikan dengan masker pemblok yang tetap di antara sumber dan kubah yang bekerja dalam kombinasi dengan rotasi kubah untuk secara efektif memblokir sebagian deposisi tengah yang lebih berat untuk menguranginya ke tingkat yang sama dengan deposisi perimeter. . Ada, tentu saja rincian dalam bentuk topeng yang dirancang ini, tetapi tanpa itu keseragaman ketebalan tidak akan optimal. Perhatikan bahwa masker uniformity ini adalah topeng pemblokiran skala besar yang tetap di belakang yang berputar kubah, sangat berbeda dari topeng skala halus (photoresist) yang berputar dengan kubah / substrat ..

Seperti halnya semua hal semacam itu, akan ada rincian untuk bekerja dalam rangka membangun proses kerja yang baik untuk produk akhir Anda. Mengangkat proses deposisi film tipis PVD, bagaimanapun, dapat menjadi alat yang sangat berguna untuk tersedia, terutama ketika etch selektif kembali sulit atau tidak mungkin karena bahan khusus yang digunakan tidak memiliki etchants selektif yang dapat diterima tersedia.