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Mehrschichtige Starr-Flex-Leiterplatte

  • Multilayer-Rigid-Flex-PCB

Hohe Lieferquote

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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)

Eine mehrschichtige Starrflex-Leiterplatte (PCB) kombiniert starre und flexible Materialien. In diesen Schaltkreisen sind drei oder mehr kupferleitende Schichten durch Löcher verbunden. 

Dieser Leiterplattentyp verfügt über die Festigkeit und den Halt starrer Materialien und lässt sich aufgrund der flexiblen Abschnitte leicht biegen. Starrflex-Leiterplatten sind leicht und kompakt und passen selbst in die kleinste Elektronik mit High-Tech-Funktionen. 

Zu den häufigsten Anwendungen von mehrschichtigen Starr-Flex-Schaltkreisen gehören medizinische Instrumente, die Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilbereich. In diesem Artikel besprechen wir alles über mehrschichtige Starrflex-Leiterplatten und ihre Designüberlegungen. 

Wie funktioniert eine starre Flex-Leiterplatte?

Mehrschichtige Leiterplatten verfügen über eine dreidimensionale Verbindung zwischen den leitenden Schichten. Dadurch entfällt die Verwendung mehrerer einzelner Leiterplatten und die Arbeit wird noch besser. Flexible Leiterplattenmaterialien wie Polyimid werden mit starren Abschnitten aus FR-4 kombiniert. 

Die beiden Schichten werden mit starken Klebern verbunden. In jeder Schicht der Schaltung sind Durchkontaktierungen und Komponentenlöcher vorhanden, um vertikale Verbindungen herzustellen. Der starre Teil von Leiterplatten enthält Komponenten und flexible Bereiche werden verwendet, um biegsame Verbindungen für dynamische Funktionalität zu bilden. 

Mehrschichtige Starrflex-Leiterplatten ermöglichen ein kompaktes Biegen, Falten und Wickeln, um sie an verschiedene Elektronikgeräte anzupassen. Sie sind eine Komplettlösung für integrierte Schaltkreise für fortschrittliche elektronische Designs mit hoher Leistung. 

Jede flexible Schicht verfügt über eine äußere Polyimidschicht zur Isolierung. Für Schaltungsverbindungen werden plattierte Durchgangslöcher hinzugefügt. Zusätzlich wird eine Oberflächenstreifenleitung für eine Hochgeschwindigkeits-Kontrollimpedanz hinzugefügt. 

Insgesamt können starr-flexible Schaltkreise dort angepasst werden, wo die Elektronik möglicherweise Designherausforderungen wie Übersprechen, Überhitzung und Komponentendichte aufweist. 

Solche Leiterplatten sind aufgrund ihres schichtweisen Aufbaus in der Lage, Wärme auch in komplexen Bauteilbereichen abzuleiten. Darüber hinaus ermöglicht die flexible Funktion die Installation der Leiterplatten in einzigartig geformten Geometrien. 

Arten von starren flexiblen Schaltkreisen

Es gibt zwei Arten von Starrflex-Leiterplatten.

Starr-flexible Verbundplatine

Dabei handelt es sich um eine Kombination aus starren und flexiblen Platinen mit einem gemeinsamen Blind- und Buried-Vierfach. Blind Vias verbinden die beiden Lagen, ohne die Platine zu durchdringen. Andererseits werden vergrabene Vias zur Erweiterung der Schaltungs- und Leiterbahnführung verwendet. Verbundleiterplatten weisen Designs mit hoher Dichte auf. 

Starr-flexible Leiterplatte

Sowohl starre als auch flexible Platten werden separat hergestellt und dann zusammenlaminiert. Das Ergebnis sind fortschrittliche Platinen mit hoher Leistung, die in kleine Designräume passen. 

Die Hauptanwendungen von starr-flexiblen Leiterplatten sind medizinische Geräte, Fernseher und Beleuchtung. Aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit und Biegsamkeit eignen sich Starrflex-Schaltungen ideal für hochwertige elektronische Geräte mit langen Betriebsstunden. 

Designüberlegungen für starr-flexible Leiterplatten

Die Designanforderungen von Starrflex-Leiterplatten sind etwas komplex. Hier sind einige wichtige Punkte, die Ihnen beim Entwurf zuverlässiger Schaltungskomponenten helfen: 

  • Ebenenstapel

Es sollte ein ausreichender Lagenaufbau mit starren und flexiblen Lagen vorhanden sein, um eine zuverlässige Biegung und Funktion zu gewährleisten. Wenn mehr flexible Schichten vorhanden sind, weist die Schaltung keine stabile Struktur auf. 

Wenn die starren Schichten zunehmen, wird die Leiterplatte dicker. Das Vorhandensein der richtigen starren und flexiblen Schichten verleiht der Schaltung eine stabile Struktur, wenn sie in einzigartige Designformen gebogen wird. 

Starre Schichten können mit verstärkten Laminaten oder FR-4 gebildet werden. Flexbereiche der Schaltung verwenden dielektrische Materialien, die in verschiedene Formen gebogen werden können. 

Ein fortschrittlicher Klebstoff sollte diese beiden Schichten zu einer Struktur vereinen. Beachten Sie, dass die Ausgewogenheit dieser Schichten für die Impedanzkontrolle und Stabilität von entscheidender Bedeutung ist.

  • Biegeradius

Es ist sorgfältig darauf zu achten, dass der minimale Biegeradius nicht überschritten wird. Ein geringerer Biegeradius führt zu Kupferbrüchen und Bauteilschäden. Darüber hinaus kann es zu einer Delaminierung der Schichten kommen, wodurch die Leiterplatte nicht mehr funktionsfähig ist. 

Zur Herstellung von Starrflex-Leiterplatten wird im Allgemeinen ein Biegeradius von 3 mm bis 10 mm verwendet. Der Biegeradius kann durch die Verwendung unterschiedlicher Kupferstärken, das Hinzufügen flexiblerer Materialien und eine Änderung des Aufbaudesigns angepasst werden. 

  • Übergänge von starr zu flexibel

Viele Faktoren, wie z. B. die allmähliche Übergangsgeometrie und ringförmige Ringe, können sich auf die Starr-zu-Flex-Verbindungen auswirken. Wenn die Verbindungen nicht sorgfältig hergestellt werden, kann die Leiterplatte reißen oder nicht mehr funktionieren. 

Um dies zu vermeiden, reduzieren Sie den Kupferverbrauch in der Nähe von Übergängen, um eine Materialanhäufung zu vermeiden. Überspringen Sie spitze Winkel und verjüngen Sie die Ecken allmählich, um den Übergang zu erleichtern. 

  • Platzierung der Komponente

Den flexiblen Schichten können keine Komponenten hinzugefügt werden, da sie nur die Konformität und Bewegung unterstützen. Daher sollten Schaltungskomponenten in starren Abschnitten platziert werden. Außerdem sollten Überlappungen vermieden werden, um sicherzustellen, dass die flexiblen Abschnitte frei biegbar sind. 

Dadurch werden auch die Anschlüsse entlastet. Beachten Sie außerdem, dass Sie die Platzierung von Komponenten an den Übergängen zwischen starren und flexiblen Abschnitten vermeiden sollten. Achten Sie auf die sich thermisch anpassenden Komponenten und sorgen Sie für ausreichend Kupferfläche. 

  • Routenführung

Die Verlegung sollte entlang der neutralen Achse erfolgen, um ein Brechen und Ablösen der Leiterplatte zu vermeiden. Vermeiden Sie spitze Winkel bei Übergängen. Achten Sie auf die Kupferdichte, da es aufgrund der mangelnden Wärmeableitung in einigen Abschnitten zu einer Überhitzung des Stromkreises kommen kann. Verwenden Sie breitere Leiterbahnen und platzieren Sie diese entsprechend, um die Flexibilität zu unterstützen. 

Starr-Flex-Leiterplattenmontage

Bei der Starrflex-Leiterplattenmontage werden folgende Schritte befolgt:

  • Materialvorbereitung

Der erste Schritt besteht darin, die kupferkaschierten Laminate vor der Fertigung zu reinigen. Anschließend werden Prepreg, Polyimid, Deckschicht und Versteifungen entsprechend den Anforderungen zugeschnitten. 

  • Innerer Flexkern

Die Flexplatine verfügt über einen flexiblen Innenkern, der aus Polyimid (PI) und einer Umhüllung mit dünner Kupferfolie hergestellt werden kann. Zusätzlich werden Kupferfolien laminiert, wenn mehr als zwei Flexschichten hinzugefügt werden.

  • Herstellung von Flex-Core-Schaltungen

Nach der Laminierung wird die Flex-Core-Schaltung aus Kupferfolie hergestellt, die mit einem Fotolack beschichtet ist, um UV-Strahlung zu verhindern. Für die Leiterplattenanschlüsse auf der Folie wird eine undurchsichtige Folie verwendet. Dieser Film wird unter UV-Licht ausgehärtet, um Schaltkreismuster zu schützen. 

Der letzte Schritt besteht darin, den ungehärteten Fotolack abzuwaschen und das freiliegende Kupfer in NaOH-Lösung einzuweichen. Dadurch wird zusätzliches Kupfer aufgelöst und die Kupferkreise im inneren Kern werden stärker hervorgehoben.

  • Schaltungslaminierung

Bei mehr als zwei Starrflex-Schichten werden abwechselnd Kupferfolie und PI-Schichten laminiert. Die Laminierung erfolgt vor dem Hinzufügen von Schaltkreisen. Außerdem wird Kupfer zur Galvanisierung des Stromkreises mit Zinn verwendet. 

Überschüssiges Material wird in einem NaOH-Bad gelöst, sodass nur galvanisierte Kupferspuren zurückbleiben. Der nächste Schritt besteht darin, mit einem Laser Löcher in die Platten zu bohren. Die Deckschicht wird laminiert, um die flexiblen Schichten der Leiterplatte zu vervollständigen.

Starre Abschnittsschaltungen, Bohren und Laminieren

Der starre Abschnitt der Leiterplatte ist abwechselnd mit Prepreg-Schichten und Kupferfolie laminiert. Auf der Platine werden Löcher zusammen mit Schaltkreisen auf starren Abschnitten angebracht. Sie können einen Laser verwenden, um eine HDI-Leiterplatte herzustellen. 

  • Überschüssiges Material abschneiden

Schneiden Sie das überschüssige Prepreg mit einem Laser ab, sodass der Abschnitt freiliegt.

  • Testen Sie die PCB-Funktion

Zu den gängigen PCB-Tests gehören Impedanz-, Biege- und Wärmeleistungsprüfungen. Diese Tests werden durchgeführt, nachdem die Leiterplatte mit Siebdruck und Oberflächenveredelung versehen wurde. Überprüfen Sie außerdem die Qualität der Löcher, Verbindungen und den mechanischen Widerstand.

Vorteile von mehrschichtigen Starr-Flex-Schaltungen

Mehrschichtige Starrflex-Leiterplatten bieten mehrere Vorteile, darunter: 

  • Bessere Funktionalität

Mehrschichtige Schaltkreise weisen eine höhere Schaltkreisbestückungsdichte auf und bieten eine verbesserte Funktionalität. Es erhöht die Kapazität und Signalgeschwindigkeit durch Schichten, selbst in einer kleinen Leiterplatte. 

  • Reduzierte Fehler bei der Montage

Da die Herstellung der Leiterplattenschichten maschinell automatisiert wird, gibt es weniger Spielraum für menschliches Versagen. Viele handgefertigte Kabel weisen diese Fehler auf und führen zu Funktionsstörungen. Die automatisierte Montage sorgt für perfektes Routing und Durchkontaktierungen für Verbindungen.

  • Erschwinglich

Die Herstellung ist nicht auf manuelle Arbeit angewiesen, wodurch die Kosten für separates Löten, Umwickeln oder Verlegen reduziert werden. Darüber hinaus werden durch die Steigerung des Produktionsvolumens durch die Automatisierung Großbestellungen günstiger.

  • Flexibles Design und Installation

Das mehrschichtige dreidimensionale Design bietet Gestaltungsfreiheit. Mit einem fortschrittlichen Design sind mehrschichtige Starrflex-Leiterplatten in der Lage, unter hohen Belastungen und chemischen Veränderungen besser zu funktionieren und rauem Wetter standzuhalten.

Ein weiterer Pluspunkt ist die flexible Installation, da die biegbaren Schaltkreise überall angepasst werden können, um bessere elektronische Bewegungen und Funktionen zu erzielen. Außerdem bietet die hohe Dichte dieser Schaltkreise mehr Platz für das Hinzufügen mehrerer Funktionen.

  • Verbesserte Wärmeableitung

Starrflexible Leiterplatten mit mehrschichtigem Design weisen einen besseren Durchfluss auf. Dadurch können sie die Wärme besser ableiten. Darüber hinaus sorgt ein besserer Luftstrom für eine niedrigere Gesamtbetriebstemperatur. Durch das erhöhte Oberflächen-Volumen-Verhältnis erhöht sich auch die Lebensdauer der Schaltung.

  • Leicht

Mehrschichtige Starrflex-Schaltungen werden aus dünnen dielektrischen Substraten hergestellt. Daher sind sie flexibler und robuster aufgebaut. Ihre geringe Größe erleichtert die Montage kleinerer Elektronik. 

  • Dauerhaft 

Die weniger Verbindungen in Starr-Flex-Schaltungen verbessern die Haltbarkeit. Diese Schaltkreise müssen bis zu 500 Millionen Mal gebogen werden, bevor sie nicht mehr funktionieren. Selbst bei extremen thermischen Bedingungen funktionieren sie weiterhin normal. 

Anwendungen von Starr-Flex-Leiterplatten

Starrflex-Schaltkreise bieten zuverlässige Leistung bei niedrigen Herstellungskosten. Sie werden in verschiedenen High-Tech-Geräten eingesetzt, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik. Auch in der einfachen Beleuchtung werden Starrflex-Schaltungen eingesetzt, um diese langlebig zu machen. 

Zu ihren industriellen Anwendungen gehören Hochfrequenzgeräte oder militärische Kommunikationsgeräte, die hochwertige Signale erfordern. Sie eignen sich ideal für Geräte mit hohem Stoßaufprall, ohne dass sie beschädigt werden. 

Aufgrund ihrer Flexibilität werden sie in medizinischen Geräten wie tragbaren Geräten zur Gesundheitsüberwachung eingesetzt. Einige der High-Tech-Geräte wie Röntgengeräte, Herzmonitore und CAT-Scan-Geräte verwenden Starrflex-Leiterplatten. 

Eine weitere wichtige Anwendung ist die Sendungsverfolgung und das Scannen für E-Commerce-Abteilungen. Es macht die Arbeit einfacher und schneller. 

Abschluss 

Mehrschichtige Starrflex-Leiterplatten sind vielseitige digitale Schaltkreise, die in Hochfrequenz-, Hochgeschwindigkeitskommunikations- und Mikrowellensystemen verwendet werden. Starrflexible Leiterplatten bieten eine höhere Signalqualität und sind gleichzeitig leicht und kompakt. Berücksichtigen Sie beim Entwurf dieser Schaltkreise die Materialien, den Biegeradius und die interne Komponentenplatzierung. Arbeiten Sie mit einem professionellen Leiterplattenhersteller zusammen, um erstklassige Qualität mit ultimativer Designflexibilität zu gewährleisten. 

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