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Der ultimative Leitfaden für starre flexible Leiterplatten

ÜBERBLICK

Artikel Starr-flexible Leiterplatte
Maximale Ebene 36L
Min. Spur/Abstand der inneren Ebene 3/3mil
Min. Spur/Abstand der äußeren Ebene 3,5/4mil
Innenschicht Max Kupfer 6 Unzen
Out Layer Max Kupfer 3 Unzen
Min. mechanisches Bohren 0,15 mm
Min. Laserbohren 0,1 mm
Seitenverhältnis (Mechanisches Bohren) 12:1
Seitenverhältnis (Laserbohren) 1:1
Toleranz der Presspassbohrung ±0,05 mm
PTH-Toleranz ±0,075 mm
NPTH-Toleranz ±0,05 mm
Senktoleranz ±0,15 mm
Plattenstärke 0,4–3 mm
Plattendickentoleranz (<1,0 mm) ±0,1 mm
Plattendickentoleranz (≥1,0 mm) ±10%
Impedanztoleranz Single-Ended: ±5 Ω (≤ 50 Ω), ± 10% (> 50 Ω)
Differenzial: ±5 Ω (≤ 50 Ω), ± 10% (> 50 Ω)
Min. Boardgröße 10*10mm
Maximale Boardgröße 22,5 * 30 Zoll
Konturtoleranz ±0,1 mm
Min. BGA 7 Mio
Min. SMT 7*10mil
Oberflächenbehandlung ENIG, Goldfinger, Immersionssilber, Immersionszinn, HASL(LF), OSP, ENEPIG, Flash Gold; Hartvergoldung
Lötmaske Grün, Schwarz, Blau, Rot, Mattgrün
Mindestabstand zur Lötmaske 1,5 Mio
Min. Lötstopplack-Staudamm 3 Mio
Legende Weiß, Schwarz, Rot, Gelb
Min. Breite/Höhe der Legende 4/23mil
Breite der Dehnungsverrundung 1,5 ± 0,5 mm
Bogen und Drehung 0.05%
Inhaltsverzeichnis
Primärer Artikel (H2)

Verschiedene Arten von starren flexiblen Leiterplatten, bereitgestellt von GlobalWellPCBA

Wählen Sie einfach unten Ihre Rigid-Flex-Leiterplatte aus, um auf die Anleitung zuzugreifen.

Einführung

Die Rigid-Flex-PCB-Technologie kombiniert starre Leiterplatten und flexible Schaltkreise und kombiniert die mechanische Stabilität der ersteren mit der Anpassungsfähigkeit der letzteren. 

Dieser Hybridansatz ermöglicht es elektronischen Geräten, eine beispiellose Kompaktheit und Zuverlässigkeit zu erreichen, was Rigid-Flex-Leiterplatten im modernen Elektronikdesign unverzichtbar macht.

Was ist eine Rigid-Flex-Leiterplatte?

Eine Rigid-Flex-Leiterplatte ist eine Hybridleiterplatte, die starre und flexible Elemente in einer einzigen integrierten Einheit vereint. Dieses Design ermöglicht es der Leiterplatte, einige Abschnitte starr zu halten, während andere sich biegen oder biegen lassen und so den räumlichen Einschränkungen und Funktionsanforderungen verschiedener elektronischer Geräte Rechnung tragen. 

Die flexiblen Abschnitte bestehen typischerweise aus Hochleistungsmaterialien wie Polyimid, die wiederholtem Biegen ohne Ausfall standhalten. 

Die starren Bereiche, die häufig aus Materialien wie FR4 bestehen, bieten strukturelle Unterstützung und beherbergen die meisten elektronischen Komponenten.

Flex vs. Starr vs. Starr-Flex-Leiterplatte

Die Unterschiede zwischen Flex-, Rigid-Flex- und Rigid-Leiterplatten liegen hauptsächlich in ihrer Konstruktion, Flexibilität, Anwendungseignung und Kostenauswirkungen.

Starre Leiterplatten

  • Konstruktion: Hergestellt aus einem festen, unflexiblen Substrat, typischerweise FR4.
  • Flexibilität: Nicht beugen oder beugen; Geeignet für Anwendungen mit festem Formfaktor.
  • Anwendungseignung: Aufgrund ihrer Langlebigkeit und Kosteneffizienz werden sie häufig in verschiedenen elektronischen Geräten eingesetzt.
  • Kosten: Im Allgemeinen kostengünstiger in der Herstellung, insbesondere bei großen Stückzahlen.

Flex-Leiterplatten

  • Konstruktion: Die Leiterplatte ist auf einem flexiblen Substrat wie Polyimid aufgebaut und kann sich verschiedenen Formen anpassen.
  • Flexibilität: Können gebogen und gefaltet werden und eignen sich daher ideal für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot oder einzigartig geformten Anwendungen.
  • Anwendungseignung: Bestens geeignet für dynamische Anwendungen, bei denen die Leiterplatte möglicherweise gebogen werden muss, oder für Geräte, bei denen Gewichts- und Platzeinsparungen von entscheidender Bedeutung sind.
  • Kosten: Aufgrund der erforderlichen speziellen Materialien und Herstellungsverfahren teurer als starre Leiterplatten.

Starrflexible Leiterplatten

  • Konstruktion: Hybridplatinen, die starre und flexible Abschnitte in einer einzigen Leiterplatte kombinieren.
  • Flexibilität: Bieten Sie die strukturelle Stabilität starrer Leiterplatten mit der Flexibilität flexibler Schaltkreise und ermöglichen Sie komplexe Designs, die in enge oder unkonventionelle Räume passen.
  • Anwendungseignung: Ideal für komplexe elektronische Geräte, die sowohl Haltbarkeit als auch die Möglichkeit erfordern, Teile der Leiterplatte zu biegen oder zu falten.
  • Kosten: Aufgrund der Komplexität des Designs und der Herstellung ist dies in der Regel die teuerste Option. Sie können jedoch die Gesamtmontagekosten senken, indem Steckverbinder und separate Verkabelung entfallen.

Vorteile von Starr-Flex-Leiterplatten

  • Platzsparend: Rigid-Flex-Leiterplatten können gebogen oder gefaltet werden, um in enge Räume zu passen, was kompaktere Gerätedesigns ermöglicht, indem der verfügbare Platz in elektronischen Geräten optimal genutzt wird.
  • Stoß- und Vibrationsfestigkeit: Die flexiblen Abschnitte von Rigid-Flex-Leiterplatten absorbieren Stöße und Vibrationen und erhöhen so die Haltbarkeit und Langlebigkeit elektronischer Geräte, insbesondere solcher, die rauen Bedingungen ausgesetzt sind.
  • Leicht und kostengünstig: Durch den Wegfall mehrerer Steckverbinder und Kabel reduzieren Rigid-Flex-Leiterplatten sowohl das Gewicht als auch die Herstellungskosten elektronischer Geräte und machen sie leichter und kosteneffizienter.
  • Einfacher und schneller Montageprozess: Rigid-Flex-Leiterplatten rationalisieren den Montageprozess, verkürzen die Produktionszeit und minimieren das Fehlerpotenzial, was zu kürzeren Produktionszeiten und qualitativ hochwertigeren Produkten führt.
  • Hohe Zuverlässigkeit: Durch die Reduzierung von Lötstellen und mechanischen Anschlüssen verringert sich die Wahrscheinlichkeit von Fehlerstellen und verbessert die Zuverlässigkeit und Leistung von Geräten, die mit Rigid-Flex-Leiterplatten ausgestattet sind.
  • Einfaches Testen: Rigid-Flex-Leiterplatten können vor dem Zusammenbau gründlich getestet werden, um sicherzustellen, dass etwaige Probleme frühzeitig im Herstellungsprozess erkannt und behoben werden, was zur hohen Qualität und Zuverlässigkeit des Endprodukts beiträgt.

Arten von Starr-Flex-Leiterplatten

Starrflexible Leiterplatten (PCBs) sind zu einem Eckpfeiler des modernen Elektronikdesigns geworden und bieten die einzigartigen Vorteile sowohl starrer als auch flexibler PCB-Technologien.

Hier befassen wir uns mit den verschiedenen starr-flexiblen Leiterplatten und untersuchen ihre Eigenschaften, Anwendungen und Designüberlegungen.

  • Einseitige Rigid-Flex-Leiterplatten

  • Merkmale: Eine leitfähige, starre oder flexible Schicht mit isolierenden Schichten auf beiden Seiten.
  • Anwendungen: Geeignet für einfache Designs mit geringer Dichte, die nur minimale Biegung erfordern.
  • Vorteile: Kostengünstig und unkompliziert, ideal zur Platzersparnis bei unkomplizierten Anwendungen.
  • Doppelseitige Rigid-Flex-Leiterplatten

  • Merkmale: Leitfähige Schichten auf beiden Seiten des flexiblen Substrats ermöglichen komplexere Schaltungsdesigns.
  • Anwendungen: Wird in der Unterhaltungselektronik und in medizinischen Geräten verwendet, bei denen eine moderate Komplexität und Komponentendichte erforderlich ist.
  • Vorteile: Unterstützt zusätzliche Komponenten und Verbindungen und sorgt für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Komplexität und Flexibilität.
  • Mehrschichtige starr-flexible Leiterplatten

  • Merkmale: Mehrere Schichten starrer und flexibler Schaltkreise sind zusammenlaminiert und ermöglichen hochdichte und komplexe Designs.
  • Anwendungen: Ideal für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Militär und in medizinischen Geräten, die kompakte Formfaktoren und hohe Leistung erfordern.
  • Vorteile: Es bietet höchste Designflexibilität und Leistung und eignet sich für die Integration mehrerer Funktionen auf kleinem Raum.
  • Starr-flexible Verbundplatine

  • Merkmale: Ein spezieller Typ, bei dem starre und flexible Schaltkreise aufwendig miteinander verbunden sind und eine nahtlose Integration ermöglichen.
  • Anwendungen: Maßgeschneidert für spezifische Anwendungen, die robuste Verbindungen zwischen starren und flexiblen Abschnitten erfordern, wie z. B. Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsgeräte.
  • Vorteile: Überragende elektrische Leistung und mechanische Stabilität, maßgeschneidert für komplexe Industrieanlagen und Kommunikationsgeräte.
  • Entwurfsüberlegungen

Bei der Auswahl des Typs der starr-flexiblen Leiterplatte für ein Projekt müssen mehrere Designüberlegungen berücksichtigt werden, darunter:

  • Komplexität der Schaltung: Je komplexer die Schaltung, desto wahrscheinlicher ist ein Mehrschicht- oder Verbundaufbau erforderlich.
  • Flexibilitätsanforderungen: Das Ausmaß und die Häufigkeit der Biegung beeinflussen die Wahl zwischen einseitiger, doppelseitiger oder mehrschichtiger Konstruktion.
  • Komponentendichte: High-Density-Designs erfordern möglicherweise doppelseitige oder mehrschichtige Rigid-Flex-Leiterplatten, um alle Komponenten unterzubringen.
  • Kostenbeschränkungen: Einseitige Rigid-Flex-Leiterplatten sind im Allgemeinen günstiger als ihre doppelseitigen und mehrschichtigen Gegenstücke.

Herausforderungen beim Design von Starr-Flex

  • Komplexe Designregeln: Beim Entwurf starr-flexibler Leiterplatten müssen komplizierte Regeln beachtet werden, die die elektrische Leistung mit mechanischen Einschränkungen in Einklang bringen. Dies erfordert eine detaillierte Planung und Überlegungen zur Kompatibilität zwischen starren und flexiblen Abschnitten.
  • Überlegungen zum Biegeradius: Es ist von entscheidender Bedeutung, sicherzustellen, dass sich die flexiblen Abschnitte ohne Beschädigung biegen lassen. Ein zu enger Biegeradius kann zu mechanischer Beanspruchung und Ausfällen führen und erfordert optimale Berechnungen des Biegeradius für die Haltbarkeit.
  • Materialauswahl: Die Auswahl geeigneter Materialien ist von entscheidender Bedeutung, um das gewünschte Gleichgewicht zwischen Flexibilität, Haltbarkeit und elektrischer Leistung zu erreichen. Je nach Eigenschaften werden beispielsweise Polyimid für flexible Bereiche und FR4 für starre Abschnitte ausgewählt.
  • Signalintegrität und EMI: Um die Signalintegrität aufrechtzuerhalten und gleichzeitig elektromagnetische Störungen zu minimieren, insbesondere in flexiblen Bereichen, sind sorgfältige Routing-, Abschirmungs- und Erdungstechniken erforderlich, um die Signalqualität zu bewahren.
  • Wärmemanagement: Unter Berücksichtigung des unterschiedlichen thermischen Verhaltens von starren und flexiblen Abschnitten und dem Einsatz von Methoden wie thermischen Durchkontaktierungen und externen Kühllösungen sind wirksame Strategien zur Wärmeableitung von entscheidender Bedeutung.
  • Montage und Fertigung: Die Hybridstruktur führt zu Komplexitäten bei Montage und Fertigung und erfordert besondere Aufmerksamkeit für Übergangszonen und Anpassungen in Montagelinien für einzigartige Handhabungs- und Testanforderungen.
  • Mechanische Zuverlässigkeit: Um sicherzustellen, dass flexible Abschnitte wiederholtem Biegen und Biegen standhalten, sind strenge mechanische Tests und Überlegungen zur Materialauswahl, Leiterbahnanordnung und Schutzbeschichtungen erforderlich.
  • Prüfung und Inspektion: Die Anpassung von Testmethoden an die einzigartige Struktur von Rigid-Flex-Leiterplatten erfordert spezielle Testgeräte und Inspektionstechniken, um ihrer dynamischen Natur gerecht zu werden.
  • Design for Manufacturability (DFM): Das Ausbalancieren innovativer Designs mit der Herstellbarkeit stellt Designer vor die Herausforderung, Produktionsmöglichkeiten und -beschränkungen zu berücksichtigen, was häufig eine Zusammenarbeit mit Herstellern zur Optimierung des Designs erforderlich macht.
  • Umweltfaktoren: Um Leiterplatten so zu gestalten, dass sie Umweltbedingungen wie Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen standhalten, müssen widerstandsfähige Materialien ausgewählt, Schutzbeschichtungen aufgebracht und ökologische Auswirkungen auf die Leiterplatteneigenschaften berücksichtigt werden.

Wie stellt man eine starr-flexible Leiterplatte her?

Der Herstellungsprozess von starr-flexiblen Leiterplatten ist komplex und differenziert und kombiniert die Techniken, die bei der Herstellung starrer und flexibler Leiterplatten verwendet werden. 

Dieser Prozess erfordert Präzision und sorgfältige Planung bei jedem Schritt, um sicherzustellen, dass das Endprodukt den höchsten Qualitäts- und Funktionalitätsstandards entspricht.

  • Materialauswahl

Der erste Schritt im Herstellungsprozess ist die Auswahl der geeigneten Materialien sowohl für die starren als auch für die flexiblen Teile der Leiterplatte. 

Materialien wie Polyimid werden wegen ihrer hervorragenden Flexibilität und thermischen Stabilität in flexiblen Bereichen bevorzugt. Materialien wie FR4 werden aufgrund ihrer mechanischen Festigkeit und Kosteneffizienz häufig für starre Abschnitte verwendet.

  • Bohren

Sobald die Materialien ausgewählt sind, erfolgt im nächsten Schritt das Bohren, bei dem Löcher für Durchkontaktierungen und Bauteilanschlüsse erstellt werden.

Die Platzierung und Größe der Löcher wird auf der Grundlage der Designspezifikationen bestimmt und es ist wichtig, die Genauigkeit beizubehalten, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung der Schichten und Komponenten sicherzustellen.

  • Verkupferung

Nach dem Bohren wird die Platine verkupfert, wodurch eine dünne Kupferschicht auf die Bohrlöcher und die Platinenoberfläche aufgebracht wird. Die Dicke der Kupferbeschichtung wird sorgfältig kontrolliert, um den elektrischen Anforderungen der Platine gerecht zu werden.

  • Schaltungsmuster

Bei der Schaltungsstrukturierung wird der Schaltungsentwurf auf die Platine übertragen. Dies kann durch verschiedene Methoden erreicht werden, beispielsweise durch Fotolithographie, bei der ein Fotolack auf die Platine aufgetragen wird, durch eine Maske, die das Schaltkreismuster darstellt, Licht ausgesetzt und dann entwickelt wird, um den unbelichteten Fotolack zu entfernen, sodass das Schaltkreismuster auf der Platine verbleibt.

  • Radierung

Durch das Ätzen wird das unerwünschte Kupfer von der Platine entfernt und das Kupfer, das die Leiterbahnen bildet, bleibt zurück.

Dies erfolgt typischerweise mithilfe einer chemischen Ätzlösung, die das ungeschützte Kupfer auflöst. Es muss darauf geachtet werden, dass nur das unerwünschte Kupfer entfernt wird und die verbleibende Schaltung genau definiert ist.

  • Inspektion

Nach dem Ätzen wird die Platine auf Mängel oder Abweichungen von den Designvorgaben untersucht. Dies kann visuelle Inspektionen, automatisierte optische Inspektionen (AOI) und elektrische Tests umfassen, um sicherzustellen, dass die Schaltkreispfade korrekt geformt sind und keine Kurzschlüsse oder Unterbrechungen vorliegen.

  • Lötmaske, Siebdruck und Oberflächenbeschaffenheit

Der Lötstopplack schützt die Schaltkreise und verhindert versehentliche Lötbrücken zwischen Leiterbahnen beim Löten von Bauteilen.

Die Siebdruckschicht wird dann hinzugefügt, um Komponentenpositionen und andere Informationen auf der Leiterplatte zu kennzeichnen.

Abschließend werden die Kupferleiterbahnen mit einem Oberflächenfinish versehen, um sie vor Oxidation zu schützen und die Lötbarkeit zu verbessern.

  • Testen

Der letzte Schritt im Herstellungsprozess ist das Testen, das die Funktionalität und Leistung der Leiterplatte überprüft. 

Dazu können Durchgangsprüfungen, Isolationswiderstandsprüfungen und Funktionstests gehören, um sicherzustellen, dass die Platine alle erforderlichen Spezifikationen und Leistungskriterien erfüllt.

Anwendungen von Rigid-Flex-Leiterplatten

Starre flexible Leiterplatten (PCBs) haben sich dank ihres innovativen Designs, das die Robustheit starrer Leiterplatten mit der Anpassungsfähigkeit flexibler Schaltkreise verbindet, in verschiedenen Branchen eine Nische geschaffen. 

  • Unterhaltungselektronik: Starrflexible Leiterplatten ermöglichen schlanke, kompakte Designs in der Unterhaltungselektronik wie Smartphones und tragbaren Geräten, indem sie den Platz optimieren und die Produktzuverlässigkeit durch ihre Flexibilität und Haltbarkeit erhöhen.
  • Medizinische Geräte: Im medizinischen Bereich sind Rigid-Flex-Leiterplatten von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung tragbarer Gesundheitsmonitore und Diagnosegeräte. Sie bieten Präzision, Zuverlässigkeit und die Fähigkeit, sich an ergonomische Designs anzupassen und gleichzeitig medizinischen Umgebungen standzuhalten.
  • Luft- und Raumfahrt: Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt profitieren von Rigid-Flex-Leiterplatten aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Bedingungen, einschließlich Vibrationen und Temperaturschwankungen, wodurch sie sich für Cockpit-Instrumente und Satellitensysteme eignen, bei denen Zuverlässigkeit von größter Bedeutung ist.
  • Automobil: Die Automobilindustrie nutzt Rigid-Flex-Leiterplatten in Armaturenbrett-Displays, Infotainmentsystemen und fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) und schätzt deren Robustheit und Flexibilität in dynamischen und rauen Automobilumgebungen.
  • Tragbare Technologie: Tragbare Technologien wie Smartwatches und Fitness-Tracker basieren auf Rigid-Flex-Leiterplatten für ihre kompakten, ergonomischen Designs, die sowohl bequem für den täglichen Gebrauch als auch langlebig genug sind, um dem täglichen Gebrauch standzuhalten.

Abschluss

Rigid-Flex-Leiterplatten stellen eine entscheidende Innovation im elektronischen Schaltkreisdesign dar und bieten eine Mischung aus Flexibilität, Zuverlässigkeit und Platzeffizienz, mit der herkömmliche Leiterplatten nicht mithalten können.

Da die Technologie weiter voranschreitet, wird ihre Rolle bei der Entwicklung elektronischer Geräte der nächsten Generation zunehmen und sie zu einem Eckpfeiler des modernen Elektronikdesigns machen.

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Bei GlobalwellPCBA sind wir nicht nur Experten in der Leiterplattenmontage und -fertigung; Wir sind Ihr Partner für Innovation und Erfolg. Unser Engagement für Qualität, Effizienz und beispiellosen Kundenservice hat unzählige Projekte in verschiedenen Branchen unterstützt und sichergestellt, dass sie ihre Ziele mit den höchsten Standards erreichen.

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