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Mehrschichtige Starr-Flex-Leiterplatte

  • Schicht-Starrflex-Leiterplatte

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Mit mehr als einem Jahrzehnt Erfahrung im Bereich Leiterplatten-Prototypen und -Herstellung sind wir bestrebt, die Bedürfnisse unserer Kunden aus verschiedenen Branchen in Bezug auf Qualität, Lieferung, Kosteneffizienz und alle anderen anspruchsvollen Anforderungen zu erfüllen. 

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 Starre 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)

Einschichtige Leiterplatten gehören schnell der Vergangenheit an. Heute werden Sie es nur bei den einfachsten Leiterplatten beobachten. Mehrschichtige Leiterplatten werden häufiger verwendet, insbesondere die Starrflex-Leiterplatten. Diese bieten nicht nur die Möglichkeit, sich nach Ihren Wünschen zu biegen und zu biegen, sondern verfügen auch über eine verbesserte Funktionalität. 

Im Verlauf dieses Artikels erfahren wir mehr über seine Merkmale, Designüberlegungen, die Herstellung sowie seine branchenübergreifende Anwendung. 

Bevor wir uns jedoch mit der geschichteten Starrflex-Leiterplatte befassen, ist es äußerst wichtig zu verstehen, was eine Starrflex-Leiterplatte ist.

Was ist eine Rigid-Flex-Leiterplatte?

Vereinfacht gesagt handelt es sich bei einer Starrflex-Leiterplatte um eine Leiterplatte, die die Eigenschaften robuster Leiterplatten und flexibler Leiterplatten vereint und aufweist. Eine erfolgreiche Kombination beider stellt sicher, dass die resultierende Leiterplatte bequem gebogen werden kann und den härtesten Betriebsumgebungen standhält.

Definieren wir nun die Schichtform.

Was ist eine geschichtete starr-flexible Leiterplatte?

Bei einer geschichteten Starrflex-Leiterplatte handelt es sich um eine Art Starrflex-Leiterplatte, die aus vielen Lagen starrer und flexibler Schaltkreise besteht, um die Vorteile einer Flexplatine und einer starren Leiterplatte zu nutzen.

Jede Schicht wird sorgfältig ausgewählt, um eine Leiterplatte zu bilden, die wie vorgesehen für die Anwendung funktioniert, für die sie hergestellt wurde.

Die Anzahl der Schichten in einer Starrflex-Leiterplatte kann zwischen 1 und 100 liegen. Dank mehrerer Hersteller ist es jetzt einfach, Leiterplattenprototypen und -baugruppen viel schneller zu erstellen. Obwohl der Prozess etwas kompliziert ist, hindert sie nichts daran, diese für verschiedene Branchen zu konstruieren. 

Grüne Leiterplatte mit gelben flexiblen Anschlüssen und Oberflächenmontagetechnik

Hauptmerkmale einer geschichteten starr-flexiblen Leiterplatte

  • Wie wir wissen, verfügt die geschichtete Starrflex-Leiterplatte über Teile, die sich verbiegen und versteifen können. Letzteres zeichnet sich durch übereinander angeordnete Schichten aus. Während einige von ihnen als Masse dienen, werden die anderen kombiniert, um die Signale zu übertragen. 
  • Der starre Teil ist nicht so dünn wie der flexible Teil. Es ist jedoch genauso aufgebaut wie die Innenlagen der steifen Leiterplattenabschnitte.
  • Es sind die flexiblen Bänder, die Signale zwischen den starren Abschnitten erzeugen. Um dies zu ermöglichen, ist zusätzlich zu einer Erdungsebene für die zurückfließenden Ströme mindestens eine Schicht erforderlich.
  • Ein schraffiertes Kupfermuster wird verwendet, um Strom- oder Erdungsanschlüsse über das flexible Band zu erstrecken. Dadurch ist die Leiterplatte hochflexibel. 
  • Sie können die Komponenten direkt auf dem Flexband platzieren. Aber nur, wenn direkt über dem Overlay eine Signalebene liegt. Stellen Sie sicher, dass sich das Overlay immer auf der Signalebene befindet. Es können auch Methoden zur Knopfplattierung verwendet werden. 
  • Ein Einbetten von Komponenten ist nicht erforderlich. Komponenten können direkt auf dem Flexband platziert werden, wenn sich unter dem Overlay eine Signalschicht befindet. Lötflächen müssen sich in der Signalschicht unterhalb des Overlays befinden. Eine Alternative für die Montage von Bauteilen ist die Verwendung plattierter Durchkontaktierungen unter den Bauteilen, manchmal auch „Knopfplattierung“ genannt.
  • Komponenten oder kritische Merkmale werden direkt in den Biegebereichen des Flexbands platziert.
  • Die starren und flexiblen Abschnitte werden durch die richtige Ausrichtung der Schichten optimiert. Alle Komponenten sind gleichmäßig auf der Schaltung gestapelt. 

Warum geschichtete starr-flexible Leiterplatten verwenden?

Die Verwendung dieser geschichteten Starrflex-Leiterplatten bietet mehrere Vorteile, darunter:

Verbessert die Funktionalität

Durch die vielen Lagen erreichen Sie eine höhere Schaltungsdichte im Vergleich zum Aufbau einlagiger Starrflex-Leiterplatten. Dadurch ist es auch möglich, kompliziertere Funktionen auf kleinerem Raum hinzuzufügen.

Spart Platz

Die Leiterplattenbestückung umfasst bei geschichteten Starrflex-Leiterplatten nur wenige Montageschritte. Darin verwendet die Flex-Leiterplatte Polyimidfolien. Diese Folien verringern die Oberfläche und verringern dadurch wiederum die Verpackungsgröße der endgültigen Leiterplatte. Dadurch wird auch das Gewicht des Endstromkreises erheblich verringert.

Mehrere Designs können in eines integriert werden. Dies ist eine weitere Möglichkeit, Platz zu sparen. 

Gestaltungsfreiheit

Mit Starrflex-Schaltkreisen können Sie Dinge in drei Dimensionen biegen und biegen. Dies bedeutet, dass Sie innovativere Designs erstellen können. Diese Flexibilität ermöglicht es einem Hersteller, ansprechende Produkte zu entwickeln, die langlebiger und funktionaler sind. 

Die Montagekosten sind günstiger

Da es sich um viele Schichten handelt, müssen Sie sich keine Sorgen machen, dass die Montagekosten in die Höhe schnellen. Automatisierung ist beispielsweise in Form von Robotern und Maschinen möglich. Dies beschleunigt den Herstellungsprozess und spart somit Zeit. Damit steigt auch die Effizienz.

Zuverlässiger

Obwohl an der Konstruktion viele Schichten beteiligt sind, bewältigen geschichtete Starrflex-Leiterplatten die Wärmeableitung sehr gut. Bei mehr Schichten sind mehr Komponenten beteiligt, die eine präzise Weiterleitung von Signalen ermöglichen und so Signalverzerrungen reduzieren. Dies sorgt auch für eine konstante Leistung auf ganzer Linie und macht es zuverlässig. 

Höhere Flexibilität

Die Fähigkeit, sich zu biegen und zu biegen, bedeutet, dass sie in verschiedene gewünschte Formen und Größen gebracht werden können. Beispielsweise ist in Luft- und Raumfahrtsystemen der Platz begrenzt und die Schaltkreise müssen in komplizierte Formen gebracht werden. Geschichtete Starr-Flex-Schaltkreise ermöglichen den Einbau in unregelmäßige Oberflächen. 

Auf diese Weise können Sie den Raum optimal nutzen. 

Weniger Anschlüsse

Anschlüsse werden entweder direkt im Untergrund hergestellt oder eingebettet. Das bedeutet, dass Sie für die Befestigung keine separaten Anschlussteile oder Kabel benötigen. Diese Art der Leiterplattenbestückung vereinfacht den Prozess durch die Minimierung der Einzelteile. Auch das Risiko eines Scheiterns ist geringer. 

Blaue mehrschichtige Leiterplatte mit sichtbaren komplexen Schaltkreisen und flexiblen Anschlüssen

Der Herstellungsprozess von geschichteten starr-flexiblen Leiterplatten

Abhängig von der Anzahl der Schichten, die Sie aufbauen möchten, sind hier einige Überlegungen:

Die Substratmaterialien

Gesamtleistung, Haltbarkeit und Flexibilität hängen von den Materialien ab, die bei der Herstellung flexibler und starrer Leiterplatten verwendet werden. Im Allgemeinen werden für flexible Leiterplatten Polyimidfolien wie UBE Upisel und Dupont Kapton verwendet, da diese über hohe elektrische und mechanische Eigenschaften verfügen. Materialien mit hoher Tg wie Arlon, Isola und Nelco ergeben starre Schaltkreise.

Sogar die Klebefolie kann individuell an das PCB-Design angepasst werden. Epoxidharz, Acryl und Nitrilphenol eignen sich gut. Für dauerhafte Beschichtungsspuren eignen sich am besten flüssige, fotografisch bebilderbare Deckschichten.

Sobald diese ausgewählt sind, besteht der nächste Schritt darin, sie vorzubereiten.

Vorbereiten des Grundmaterials

Der erste Schritt bei der Herstellung von Starrflex ist die Reinigung des Laminats. Die Oberfläche besteht aus einer Kupferschicht, die mit einer Klebeschicht überzogen sein kann oder nicht. Bevor es weitergeht, wird dies durch eine intensive Reinigung vorbereitet. 

Verklebung von Schichten

Die Trägermaterialien werden schichtweise aufgetragen. Dies können Prepgs, Kupferfolien, Kerne und Klebstoffe sein. Anschließend werden die Bücher und andere Komponenten für den Transport in die Laminierpresse bereitgestellt. An diesem Punkt werden hoher Druck und hohe Temperatur angewendet, um sie miteinander zu verbinden. 

Erzeugen eines Musters

Tragen Sie zunächst einen trockenen Film auf die Kupferschichten auf der Außenseite auf. Sogar flüssige Fotolacke können verwendet werden. Mit Hilfe der lithografischen Bildgebung werden Schaltkreismuster erstellt. Zuletzt wird Kupfer entfernt, das nicht durch den Resist geschützt ist. Dadurch entstehen die Leiterbahnen für den Stromkreis.

Radierung

Wie Sie vielleicht wissen, handelt es sich beim Ätzen um ein Verfahren, mit dem unerwünschtes Kupfer aus dem Schaltkreis entfernt wird. Beim Aufbau einer geschichteten Starr-Flex-Schaltung wird jede laminierte Seite mit einem Ätzspray geätzt oder indem man dem Laminat ein schönes Ätzbad gibt. 

Mechanisches Bohren

Alle Bohrarbeiten, ob für Pads, Leiterbahnlöcher oder Durchgangslöcher, werden mit Hilfe präziser Techniken durchgeführt. Anschließend werden diese Löcher im Galvanikverfahren mit Kupfer abgedeckt. Dadurch entstehen Verbindungen zwischen Schichten. Hier ein Beispiel – das Laserbohrverfahren. Dies ist dafür bekannt, exakte Ergebnisse ohne großen Zeitaufwand zu erzielen. 

Kupfer plattieren

Bei diesem Verfahren wird die erforderliche Menge an Kupfermetall in die PTAs (durchkontaktierte Löcher) abgegeben. Dies hilft bei der Herstellung elektrischer Verbindungen in der Leiterplatte. 

Deckschicht auftragen

Als Deckstoff wird meist Polyimid verwendet. Anschließend wird mithilfe des Siebdruckverfahrens ein Klebstoff auf die Oberfläche der Leiterplatte aufgetragen. 

Laminierung

Mit der richtigen Menge an Druck, Hitze und Vakuum wird die Abdeckung richtig befestigt. 

Versteifung auftragen

Tragen Sie vor der weiteren Laminierung lokale Versteifungen auf. Stellen Sie jedoch sicher, dass Sie diese Ergänzung nur dann vornehmen, wenn das Design dies erfordert. 

Löten

Überall dort, wo gelötet werden muss, entstehen Löcher. Anschließend wird ein freiliegender Kupferfilm mit Immersionssilber oder ENIG überzogen. Zuletzt werden Markierungen und Drucketiketten gedruckt. 

Schneiden des Flexboards

Nach den oben genannten Ergänzungen ist es nun an der Zeit, das Flexboard von seinem Produktionspanel zu trennen. Die beiden einfachsten und am weitesten verbreiteten Methoden sind daher spezielle Stanzmesser und hydraulische Quetschmethoden. 

Überprüfung

Nachdem Sie die oben beschriebenen Schritte wie beschrieben durchgeführt haben, testen Sie die geschichtete Starrflexplatte auf ihre Wirksamkeit. Sie können es elektrisch testen, um seine Qualität und Standards zu bewerten. Dadurch kann festgestellt werden, dass das Produkt den festgelegten Designspezifikationen entspricht. Zu den gängigen Testmethoden gehören Gittertestsysteme und fliegende Sonden. 

Darstellung der Schichten einer starrflexiblen Leiterplatte mit beschrifteten Komponenten und Übergangszonen

Arten von geschichteten starr-flexiblen Leiterplatten

Hier sind einige Beispiele für geschichtete Starrflex-Leiterplatten.

  • 2-lagiger starrer Stoff mit 1 flexiblen Schicht
  • 3-lagiger starrer Stoff mit 1 flexiblen Schicht
  • 4-lagiger starrer Stoff mit 2 flexiblen Schichten
  • 4-lagig starr mit 2 flexiblen Schichten und ZIF-Kontakte
  • 5-lagiger starrer Stoff mit 3 flexiblen Schichten
  • 6-lagiges starres Material mit 4 flexiblen Schichten:

Ein paar Dinge, die Sie sich merken sollten

  • Der Schaltkreis sollte es Ihnen ermöglichen, die Drähte und Masseebenen so zu organisieren, dass elektromagnetische Störungen durch Signale verhindert werden. 
  • Leiterplatten mit vielen Pins benötigen möglicherweise mehr Signalschichten. Wenn jedoch zu viele Schichten vorhanden sind und Sie der Meinung sind, dass diese unnötig sind, können Sie einige entfernen. Denken Sie daran, die Ebenen so anzuordnen, dass Signale nicht durcheinander geraten oder Probleme verursachen.
  • Bei einer geschichteten Starrflex-Leiterplatte wechseln die verschiedenen Schichten zwischen Signalen und Strom-/Massebereichen. Diese werden dann durch Materialien wie dielektrischen Kern oder Prepreg getrennt. Während dieser Aufbau dazu beiträgt, elektromagnetische Störungen und Signalmischungen zu reduzieren, ist es auch wichtig, mit der Hitze umzugehen.
  • Wenn das zu konstruierende Gerät sowohl analoge als auch digitale Teile enthält, bewahren Sie diese in separaten Schichten auf. Verbinden Sie die Erdungsebenen nur an einem Punkt, da dies zur Überprüfung des Rauschens beiträgt. Sie können die Grundebene auch so gestalten, dass sowohl analoge als auch digitale Teile separate Abschnitte haben.
  • Wenn Sie sich dafür entscheiden, digitale und analoge Teile getrennt zu halten, platzieren Sie die Masseebene zwischen den beiden, sie fungiert dann als Barriere. Platzieren Sie die analoge Masseebene neben der analogen Signalschicht und die digitale Masseebene neben der digitalen Signalschicht. Dadurch wird sichergestellt, dass jede Signalschicht nur ihre eigene Masseebene beeinflusst.
Grüne Leiterplatte mit goldenen Leiterbahnen und mehreren umrandeten Aussparungen für elektronische Bauteile

Anwendungen von geschichteten starr-flexiblen Leiterplatten

Unterhaltungselektronik

Durch die Möglichkeit, sich zu biegen und kompakte Designs zu schaffen, eignet sich das geschichtete Starrflex-Material hervorragend für elektronische Geräte wie Tablets, Laptops, Smartphones und Wearables. 

Medizinische Geräte

Medizinische Geräte erfordern neben dem Beugen und Beugen auch Körperbewegungen. Möglich macht dies die Starr-Flex-Technologie in Kombination mit der Schichtung. Beispiele für solche Geräte sind Herzschrittmacher, Hörgeräte und bildgebende Geräte.

Automobilindustrie

Mehrere elektronische Systeme in Autos, wie Motorsteuergeräte, Navigationsgeräte und Sensoren, müssen robust genug sein, um Vibrationen standzuhalten und optimal zu funktionieren. Die Starrflex-Schaltung kann beides und macht Autos zuverlässiger.

Verteidigung und Luft- und Raumfahrt

Dieser Sektor ist schwieriges Terrain. Maschinen wie Radare, Avionik und Raketenleitsysteme müssen unter rauen Umgebungsbedingungen wie extrem hohen Temperaturen und Vibrationen betrieben werden. Die Starrflex-Schaltkreise sind so konzipiert, dass sie unter solch anspruchsvollen Bedingungen funktionieren, ohne die Ergebnisse zu beeinträchtigen. 

Industrielle Ausrüstung

Orte wie Fabriken und ähnliche Orte erfordern Maschinen, die in kleinere Bereiche passen und sich dennoch frei bewegen und funktionieren lassen. Durch den Einsatz der Starrflex-Technologie entstehen Geräte wie Steuerungssysteme, Roboter und Instrumente. Dadurch wird sichergestellt, dass die Verbindungen flexibel sind und sich unabhängig voneinander bewegen können. 

Abschiedsgedanken

Durch die Kombination der Robustheit starrer Schaltkreise mit der Flexibilität flexibler Schaltkreise bieten mehrschichtige starr-flexible Leiterplatten gegenüber anderen Schaltkreisen mehrere Vorteile. Dies sind bedeutende Fortschritte, die branchenübergreifend Innovationen hervorbringen.

Darüber hinaus wird die technologische Entwicklung voraussichtlich neue Grenzen überschreiten und ihre Reichweite erweitern. Für detailliertere Informationen zu geschichteten Rigid-Flex-Leiterplatten können Sie sich gerne an unsere Experten wenden.

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