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Starrflexible Leiterplatte mit Metallversteifung

  • Metall-Versteifung-Starr-Flex-Leiterplatte

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Als einer der erfahrensten Leiterplattenhersteller der Welt sind wir stolz darauf, Ihr bester Geschäftspartner und guter Freund in allen Aspekten Ihrer Leiterplattenanforderungen zu sein.
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ÜBERBLICK

Artikel Starr-Flex-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 ±0,15 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)

Während Versteifungen kein integraler Bestandteil des Starr-Flex-PCB-Designs sind, ist ihr Einsatz in einigen Fällen, in denen eine Verbesserung der Steifigkeit oder Festigkeit erforderlich ist, von entscheidender Bedeutung. Diese werden auf Basis der Anwendung der Starrflex-Leiterplatte ausgewählt. 

Wie wir wissen, handelt es sich bei starr-flexiblen Leiterplatten um eine Kombination aus zwei Arten von Schaltungen – starr und flexibel. Während Ersteres die Schaltung stabil macht, ist Letzteres dafür verantwortlich, der Leiterplatte mehr Flexibilität zu verleihen. Wie bereits erwähnt, erfordern einige Anwendungen jedoch möglicherweise mehr Robustheit und Stabilität, und diese können mit Hilfe eines zusätzlichen Materials – einer Versteifung – erreicht werden. 

Was ist also eine Versteifung? Um Ihnen ein besseres Verständnis zu ermöglichen, haben wir einen ausführlichen Artikel über PCB-Versteifungen, ihre Typen, Vorteile und vieles mehr. Wir werden auch beleuchten, wie sie dazu beitragen, dass die besagte Leiterplatte eine bessere Leistung erbringt, mit besonderem Fokus auf Metallversteifungen.  

Was sind PCB-Versteifungen?

Hierbei handelt es sich um Materialien oder Metalle, die dazu beitragen, die Steifigkeit und Festigkeit eines Teils der Leiterplatte zu erhöhen. Sobald die Versteifung angebracht ist, wird die Verbindung mit den anderen starren Teilen einfacher. Dies verhindert ein Verbiegen und eine Beschädigung der Platine. 

Denken Sie daran, dass die normale Dicke einer Leiterplattenversteifung 0,002 bis 0,059 Zoll beträgt.

Arten von Versteifungen

Es gibt verschiedene Arten von Versteifungen in einer Leiterplatte, darunter:

  • Polyimid
  • FR-4
  • Edelstahl und 
  • Aluminium 

Von allen oben genannten sind die letzten beiden Metalle und werden in Starrflex-Leiterplatten verwendet, wenn die Anwendung dies erfordert. Schauen wir uns diese beiden nun einzeln an. Zuvor ist es jedoch wichtig zu wissen, warum Versteifungen in Leiterplatten verwendet werden.

Vorteile von Versteifungen 

Wenn die Leiterplattenkomponenten in der flexiblen Zone positioniert werden, üben sie Druck auf die flexible Leiterplatte aus und benötigen daher eine starre Oberfläche. Versteifungen verleihen ihnen diese Steifigkeit, sodass Bauteile einfach und bequem platziert werden können.  

Während herkömmliche Leiterplatten aufgrund von Form und Design Einschränkungen aufwiesen, sind moderne Leiterplatten flexibel und können so hergestellt werden, dass sie in kleinere Räume passen. Versteifungen helfen ihnen, diese Vorteile zu erreichen, ohne an Leistung zu verlieren. Das ist wie Versteifungen helfen.

  • Stützen Sie die Teile der Platine ab, die Durchgangslochkomponenten enthalten.
  • Fügen Sie den Anschlüssen und den Leiterplattenkomponenten Unterstützung hinzu.
  • Stellen Sie sicher, dass die flexiblen Teile bei Bedarf innerhalb der starren Bereiche bleiben.
  • Erleichtert die Handhabung dünner und empfindlicher Leiterplatten.
  • Behalten Sie die Dicke der flexiblen Leiterplatte bei.
  • Erfüllen Sie alle Spezifikationen des Zero Insertion Force (ZIF)-Steckers.
  • Halten Sie bestimmte Bereiche der flexiblen Platte flach und fest.
  • Helfen Sie dabei, den Biegeradius des Schaltkreises dort zu vergrößern, wo die starren und flexiblen Teile zusammentreffen. Dadurch wird verhindert, dass der flexible Teil beim Biegen des Schaltkreises belastet wird.
  • Helfen Sie dabei, Arrays zu ordnen und zu bewahren, indem Sie sie in das Array hinein erweitern.

Metallische Versteifungen für starr-flexible Leiterplatten

Versteifung aus Edelstahl

Die aus Eisen (Fe) und Kohlenstoff (C) bestehende Edelstahllegierung ist eine beliebte Form für die Herstellung von Versteifungen. Es besteht aus 10,51 TP3T Chrom und Nickel und 0,2 bis 2,111 TP3T Kohlenstoff. Er wird auch als rostfreier Stahl oder korrosionsbeständiger Stahl bezeichnet. 

Bei einigen starren Schaltkreisen müssen die Entwickler sicherstellen, dass die Leiterplatte vor physischen Schäden geschützt ist. Hier kommt die Versteifung aus Edelstahl ins Spiel. 

Das einzigartige Design wird durch die Sintertechnologie zum Leben erweckt, bei der Edelstahlpulver zu einem Barren verschmolzen wird. Der Prozess endet hier nicht, da mehr Stahl hinzugefügt werden kann, um die Festigkeit zu erhöhen. Diese werden jedoch meist in Anwendungen eingesetzt, die nur eine Oberflächenmontage und kein Bohren erfordern.

Um die Verbindung stark zu machen, dient Silikon als Klebstoff und wird in militärischer Elektronik, robusten Systemen und medizinischen Geräten eingesetzt. Was Versteifungen aus Edelstahl perfekt für diese Branchen macht, ist ihre Fähigkeit, verschiedene Umweltherausforderungen zu bewältigen, darunter extrem hohe Temperaturen, Vibrationen und grobe Handhabung. 

Darüber hinaus sind Edelstahlversteifungen extrem leicht und halten sehr lange. Diese können oberflächlich oder beim Montagevorgang aufgetragen werden. Diese haben jedoch einen hohen Preis und sollten vermieden werden, sofern sie nicht erforderlich sind. 

Edelstahlversteifung in einer Flex-Leiterplatte

Die dünnen Edelstahlbleche sind biegbar und daher ideal für den Einsatz als Versteifung in einer Leiterplatte mit flexiblen Schaltkreisen. Schneiden Sie es einfach mit einer Schere und Knabbermaschine oder einem Laser zu, um die gewünschte Form zu erhalten.

Wenn ein Designer bei einer flexiblen Leiterplatte Steifigkeit erreichen möchte, aber nur über begrenzten Platz verfügt, ist Edelstahl die richtige Option. Sowohl Polyimid als auch FR4 bieten dies nicht, da diese aufgrund der Versteifungsdicke begrenzt sind. Edelstahl hingegen ist einfach perfekt, da er dünn ist und die erforderliche Dicke bietet. 

Vorteile von Edelstahlversteifungen

  • Es ist äußerst unanfällig für Schäden, die durch hohe Feuchtigkeit entstehen können. 
  • Ein guter Wärmeleiter ermöglicht die Wärmeableitung von Leiterplattenkomponenten
  • Edelstahl kann im Vergleich zu Standardstahl viel Hitze aufnehmen, sowohl hohe als auch niedrige
  • Ermöglicht eine individuelle Anpassung, da es in verschiedene Formen und Größen gebracht werden kann
  • Für platzbeschränkte Anwendungen kann es dünner gemacht werden 

Nachteile der Versteifung aus Edelstahl

  • Obwohl es dünner als andere Versteifungen ist, hat es dennoch mehr Gewicht
  • Das Anbringen von Stahl an der Platine ist nicht einfach und erfordert spezielle Klebstoffe
  • Die hohe Plastizität macht Automatenstahl sehr zäh 
  • Es ist teurer als die meisten Versteifungen, da das Rohmaterial einen hohen Preis hat. 

Aluminium

Eine weitere Metallversteifung für Starrflex-Leiterplatten ist Aluminium. Es besteht aus Bauxit, erscheint silberweiß und ist weich. Aufgrund seiner Wärmeableitung und Formbarkeit gilt es als besser als Versteifungen aus Glas oder Epoxidharz. Für Anwendungen, die viel Wärme erzeugen, sind Aluminiumversteifungen also genau das Richtige. Diese vertragen nicht nur die Hitze gut, sondern können auch als Kühlkörper dienen. 

Wenn Sie diese verwenden, können Sie beruhigt sein und wissen, dass die Komponenten und Anschlüsse sicher sind, da die Wärme gleichmäßig verteilt wird. Dies ist im Vergleich zu FR4- oder Polyimid-Material auch teuer. 

Vorteile von Aluminium:

  • Es ist wirklich gut, weil es dünne Materialien viel stärker macht.
  • Das Metall ist günstiger als die Verwendung von Polyimidfolien.
  • Aluminium wiegt nicht viel und ist leicht.
  • Sie können Aluminium nach Ihren Wünschen formen, da es einfach zu verarbeiten ist.
  • Es leitet Wärme hervorragend ab, da es die Wärme gut leitet.

Nachteile von Aluminium:

  • Manchmal kann Aluminium bei Temperaturschwankungen seine Form ändern, was zu Problemen führen kann.
  • Das Zusammenfügen von Aluminiumteilen kann etwas kompliziert sein und erfordert möglicherweise eine spezielle Behandlung.
  • Auch Aluminium kann anfangen zu rosten, wenn es nicht gut geschützt wird
  • Seien Sie beim Umgang mit flexiblem Aluminium vorsichtig, da es bei Hitze zurückspringen kann.

Diese werden in Militärelektronik, Mikrowellenherden und Mobiltelefonen verwendet. Diese können je nach Form und Größe der Leiterplatte geformt werden.

Andere metallische Versteifungen

Als metallische Versteifungen werden auch Kupfer und Messing verwendet. Aber es gibt einen Unterschied. Beide Metalle werden zur Herstellung von Stromschienen verwendet. Die Sammelschiene ist eine Art PCB-Versteifung und verfügt über eine dielektrische Beschichtung, die die Stromleitung unterstützt. Es gibt sie in verschiedenen Formen, zum Beispiel als flache Streifen, Stäbe und Stangen. Beachten Sie, dass diese Sammelschienen mehr Strom leiten als eine Leiterbahn.

Kupfer hat als Metall ein geringes Gewicht und ist ein guter Wärmeleiter. Zur Befestigung an der flexiblen Schaltung ist Löten eine bevorzugte Verbindungsmethode. Es ist keine Beschichtung erforderlich. Kupfer wird als Stromschiene verwendet, da es neben der elektrischen Leitfähigkeit auch hohen Temperaturen sehr gut standhält.

Ein weiteres Metall, das zur Herstellung von Stromschienen verwendet wird, ist Messing. Es handelt sich um eine Legierung aus Kupfer (Cu) und Zink (Zn). Messing verbindet sich mit Kupfer und Aluminium (häufig verwendet), um das Metall weniger flexibel zu halten 

Wird von der Anwendung verlangt. 

Diese beiden sind wesentliche Bestandteile einer Sammelschiene. Allerdings darf man nicht vergessen, dass zwar jede Stromschiene als Aussteifung gilt, aber nicht jede Aussteifung eine Stromschiene ist.

Voraussetzungen für die Verwendung einer Starr-Flex-Leiterplatte mit Metallversteifung

Die Metallversteifung sollte den Designanforderungen des PCB-Designs entsprechen. Um dies zu gewährleisten, sind die folgenden Punkte äußerst wichtig.

  • Die gewählte Versteifung muss aus Blechmaterialien bestehen und darf keinen Strom leiten.
  • Wenn Sie es auf einer Seite der starren Leiterplatte mit den flexiblen Schaltkreisen anbringen, sollte es die starre Leiterplatte nicht dauerhaft verbiegen.
  • Es sollte dünner als 0,5 mm, aber nicht dicker als 2 mm sein.
  • Es sollten keine scharfen Kanten vorhanden sein.
  • Es sollte die Funktion der starren Leiterplatte nicht beeinträchtigen, wenn Sie sie mit den flexiblen Schaltkreisen auf eine Seite legen.
  • Die Steifigkeit des Metalls sollte zwischen 0,25 und 0,75 MPa liegen. 
  • Es sollte gut mit den anderen Komponenten und Schichten zusammenarbeiten, die in Starrflex-Schaltungen verwendet werden.

Die Oberfläche der Versteifung sollte glatt sein, um eine Beschädigung der Starrflex-Leiterplatte während der Herstellung zu vermeiden.

So integrieren Sie Metallversteifungen in ein PCB-Design

Positionierung der Ebene

Diese werden auf beiden Seiten der Platine platziert. Dies trägt zur Erhaltung der Schichten der Leiterplatte bei und verhindert eine Ausdehnung und Kontraktion aufgrund hoher Hitze und Feuchtigkeit. 

Adhäsion

Sowohl Edelstahl als auch Aluminium erfordern spezielle Klebstoffe. Zu den beiden am häufigsten verwendeten Klebstoffen gehören thermisch gebundene Klebstoffe oder PSA (Pressure-Sensitive Adhesive). Thermisch verklebte Klebstoffe gibt es als doppelseitiges Klebeband oder als Paste. PSA ist ein selbstklebender Klebstoff, der nur Druck benötigt, um eine Verbindung zu bilden, und Wasser oder Wärme benötigt, um ihn zu aktivieren. 

Als Kleber können Sie auch Silikon verwenden. Es lässt sich gut am Edelstahl befestigen. Es gibt zwei Möglichkeiten, es auf der Platine zu befestigen: manuell mit doppelseitigem Klebeband oder mit Hitze und Druck, die es laminieren. 

Konturierung der Versteifung

Normalerweise werden Lasermaschinen verwendet, um die Materialien so zu schneiden, dass sie genau der Form des Schaltkreises entsprechen. 

Montage 

Um Komponenten zu platzieren, erstellen Sie Löcher, Polster und Ausschnitte. Diese helfen dabei, die flexible Platine mit der starren Platine zu verbinden.

Übergang von Flex zu Starr

Achten Sie beim Hinzufügen von Versteifungen darauf, dass an den Rändern der Versteifung genügend Platz vorhanden ist. Dadurch lässt sich der flexible Schaltkreis leichter biegen und in den starren Teil übergehen.

Automatisierte Maschine zur Herstellung umweltfreundlicher elektronischer Teile in einer Fabrik

Tipps zum Hinzufügen von Metallversteifungen zu einer starr-flexiblen Leiterplatte 

Im Folgenden finden Sie einige Punkte, die Ihnen helfen sollen, den Prozess einfach und praktikabel zu gestalten:

  • Um die Belastung bei flexiblen Leiterplatten zu verringern, ist eine Überlappung von mindestens 0,762 mm zwischen der Versteifung und der freiliegenden Deckschicht wichtig.
  • Die Verwendung eines Thermoklebers kann teurer sein als die Verwendung eines druckempfindlichen Klebers. 
  • Bringen Sie die Versteifung auf der Leiterplattenseite an, die über plattierte Durchgangslochkomponenten (PTH) verfügt. Auf diese Weise können Sie die Bauteilleitungen durch die Löcher einführen und auch die Lötpads auf der flexiblen Schaltung erreichen. 

Gängige Dicken von Metallversteifungen, die in Starrflex-Leiterplatten verwendet werden

Edelstahl: 0,15 mm und 0,2 mm

Aluminium: 0,2 mm, 0,25 mm, 0,3 mm, 0,35 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 1,5 mm, 0,15 mm und 0,45 mm 

Abschiedsgedanken

Wir glauben, dass Sie nun mit den Metallversteifungen für starrflexible Leiterplatten gut vertraut sind. Sowohl Aluminium als auch Edelstahl sind Legierungen mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, die sie als Versteifungen für starrflexible Leiterplatten geeignet machen.

Obwohl ihre Fähigkeiten nicht zu leugnen sind, ist es wichtig, einen vertrauenswürdigen und seriösen PCB-Hersteller zu kontaktieren, um sicherzustellen, dass Ihr Endprodukt das beste auf dem Markt ist. Stellen Sie sicher, dass sie über ausreichend Erfahrung verfügen, um Ihnen zu helfen, das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

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