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Starrflex-Leiterplatten verstehen: Vorteile, Anwendungen und Herstellung

Inhaltsverzeichnis
Primärer Artikel (H2)

Verschiedene Arten von starr-flexiblen Leiterplatten, bereitgestellt von GlobalWellPCBA

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Einführung

Starrflexible Leiterplatten werden häufig in Verbrauchergeräten und Elektronik verwendet. Es handelt sich um eine Kombination aus starren und flexiblen Leiterplatten. Dies bedeutet, dass wir die komplexen Vorteile von starren und flexiblen Leiterplatten in einer starr-flexiblen Leiterplatte nutzen können. Für den Einsatz von Starrflex-Leiterplatten gibt es unterschiedliche Gründe. Mechanische Unterstützung ist ein großer Vorteil, aber wir können auch eine verbesserte Komponentenmontage anstreben. 

Da es sich um ein Duo aus starren und komplexen Leiterplatten handelt, ist klar, dass ein Teil dieser Leiterplatte biegbar ist, der andere jedoch nicht. Diese sind nicht nur leicht, sondern nehmen auch weniger Platz ein, weshalb wir sie in Geräten der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen Branchen verwenden können. In diesem Beitrag werden wir uns ausführlich mit Starrflex-Leiterplatten befassen. 

Starrflexible Leiterplatte

Bevor wir mit unserer Diskussion beginnen, definieren wir Starrflex-Leiterplatten. Eine starr-flexible Leiterplatte enthält sowohl starre als auch flexible Leiterplatten. Diese zählen zu den Multilayer-Leiterplatten. Je nach Art und Funktion der Anwendungen können wir diese Leiterplatten komplexer gestalten. Es besteht kein Zweifel, dass wir aufgrund der Komplexität dieser Leiterplatten bei deren Entwicklung vorsichtig sein müssen. Die Komplexität von Starrflex-Leiterplatten zeigt, dass jede Nachlässigkeit bei der Designentwicklung später die Leistung beeinträchtigen kann. Das Beste an diesen Leiterplatten ist die Freiheit, beim Design dieser Leiterplatten den 3D-Raum zu nutzen. Daher ist ein Verdrehen und Wenden auch dann möglich, wenn in diesen Brettern starre Teile vorhanden sind. 

Arbeiten an starr-flexibler Leiterplatte

Starrflex-Leiterplatten unterscheiden sich in ihrer Funktionsweise von den übrigen Leiterplatten. Für diese Leiterplatten verwenden wir beide Substrate, darunter Polyimid und FR4. Damit diese dynamisch arbeiten und die Leistungsfähigkeit der Elektronik in allen Belangen steigern können. Hier erfahren Sie kurz die grundlegende Funktionsweise von Starrflex-Leiterplatten. 

  • Der starre Teil dieser Leiterplatten dient dazu, den Leiterplatten mechanische Festigkeit zu verleihen.
  • Für eine bessere Komponentenmontage können wir uns auch auf starre Teile verlassen 
  • Eine Wärmeableitung durch die Platinen ist auch über die starre Seite möglich.
  • Der flexible Teil dient der Entwicklung von Verbindungen zwischen der Platine, ihren Komponenten, Schichten und dem starren Segment.
  • Sowohl starre als auch flexible Leiterplatten verwenden leitfähige Schichten zum Ätzen.
  • Für die vertikale Verbindung der Schichten verwenden wir durchkontaktierte Löcher. Dies gilt sowohl für starre als auch für flexible Segmente.
  • Das Flexteil wird nicht zur Komponentenmontage verwendet.
  • Wir können das flexible Teil nach Belieben drehen und wenden, ohne die umgebenden Elemente zu beeinträchtigen.
  • Darüber hinaus können wir auch 3D-Strukturen aus Starrflex-Leiterplatten entwickeln.

Der Zweck der Entwicklung von 3D-Konfigurationen besteht darin, die Unterstützung durch starre Teile dieser Leiterplatten zu verbessern. So können innerhalb des Aufbaus bessere und stärkere Verbindungen geschaffen werden, die seine Haltbarkeit erhöhen. Wir können die Materialien für starre und flexible Leiterplatten durch eine Methode namens Laminierung einbringen. Dabei ist darauf zu achten, dass die Materialien gut haften, sodass es zu keinerlei thermischen und mechanischen Komplikationen kommt. 

Da Starrflex-Leiterplatten ohne makellose Designs nutzlos sind, finden Sie im Folgenden einige effektive Tipps, die Sie beachten sollten. 

  • Vergessen Sie nicht, die flexiblen Schichten zu verfolgen, damit Sie eine dynamische Biegung erreichen können
  • Es sollte keine übermäßige Übergangsspannung zwischen starren und flexiblen Segmenten auftreten
  • Es ist von entscheidender Bedeutung, eine optimale Kontrolle des Biegeradius sicherzustellen 
  • Den starren und flexiblen Segmenten sollte genügend Spielraum für Dickenschwankungen gegeben werden

Überlegungen zum Design von starr-flexiblen Leiterplatten

Nachdem Sie diese Empfehlungen durchgearbeitet haben, werden Sie in der Lage sein, einwandfreie Starrflex-Leiterplatten zu entwickeln. Mal sehen, wie: 

  • Ebenenstapel

Beim Lagenaufbau der Starrflex-Leiterplatten sollten keine Fehler auftreten. Es ist wichtig, die individuelle Anzahl der starren und flexiblen Schichten zu bestimmen, da sonst das Design ruiniert werden kann. Auch Faktoren wie Führung, dynamische Biegung und Komponentendichte müssen unbedingt berücksichtigt werden. Die Laminate für starre Schichten sollten immer FR4- und Glaslaminate sein. Für flexible Schichten sind flexibles Dielektrikum und Polyimid empfehlenswert. Um diese Schichten zu kombinieren, sind außerdem zusätzliche Klebeschichten wichtig, die in den Aufbau integriert werden müssen. Beim Testen sollte der Aufbau in allen Punkten der Dicke, Impedanzkontrolle, Flexibilität und Steifigkeit entsprechen. 

  • Übergänge (starr zu flexibel)

Da wir hier mit zwei Segmenten arbeiten, ist die Gefahr von Brüchen und Unebenheiten im Übergangssegment höher. Daher ist es wichtig, diesen Übergang sorgfältig zu handhaben, da sonst beide Teile zerstört werden können.

  • Für die Übergangskonfiguration ist es besser, Verjüngungen und abgerundete Ecken zu verwenden
  • Die Ringringe sollten breit sein, was dazu beitragen kann, mechanische Belastungen zu reduzieren
  • Wenn der Übergang aus Kupfer besteht, ist es wichtig, den nicht abgedeckten Teil zu reduzieren, um die gewünschte Leistung zu erzielen 
  • Statt spitzer Winkel sind geschwungene Ecken zu empfehlen. 
  • Biegungsradius

Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Biegeradius. Der flexible Teil kann einen bestimmten Biegeradius nicht überschreiten, weshalb wir dies bei der Entwicklung von Starrflex-Leiterplatten berücksichtigen sollten. Wenn es zu fest sitzt, kann es zu einem Bruch der Kupferleiterbahnen und auch zu einer Zerstörung der Laminierung kommen, was wir nicht wollen. Daher sollten Kupferdicke, Schichtaufbau und dynamische Biegung optimal sein, um Komplikationen im Zusammenhang mit dem Biegeradius zu vermeiden. 

  • Platzierung von Komponenten

Sie wissen bereits, dass wir keine Komponenten auf dem flexiblen Teil von Leiterplatten oberflächenmontieren können. Deshalb dürfen wir dabei nicht zulassen, dass die Komponenten im flexiblen Teil gleiten, da dies die Struktur der Leiterplatten beschädigen kann. Außerdem sind Verbinder Spannungskomponenten, und wir sollten einen genauen Abstand zwischen ihnen und dem Übergangssegment einhalten. Auch für die Abführung überschüssiger Wärme ist die Kupferfläche erheblich. 

  • Routenführung 

Um bessere Ergebnisse zu erzielen, sollten Sie die folgenden Tipps zum Nachzeichnen beachten: 

  • Die Leiterbahnen sollten breiter sein und für eine bessere dynamische Biegung einen angemessenen Abstand haben
  • Versuchen Sie, keine spitzen Winkel zu erzeugen, was bei Starrflex-Leiterplatten nicht zu empfehlen ist
  • Am besten ist es, dort zu verlegen, wo eine neutrale Biegeachse vorhanden ist 
  • Stellen Sie sicher, dass Sie die optimale Kupferdichte verwenden und diese während der gesamten Einrichtung beibehalten

Herstellungsverfahren für starr-flexible Leiterplatten

So können wir Starrflex-Leiterplatten in Industriequalität entwickeln:

  • Materialvorbereitung

Der Prozess beginnt mit der Materialbeschaffung für starre und flexible Teile. Diese Materialien werden vor der Weiterverarbeitung einer ordnungsgemäßen Reinigung und Konditionierung unterzogen. 

  • Bildgebung

Der nächste Schritt besteht darin, mit der Abbildung der inneren und äußeren Schichten mithilfe eines leitfähigen Musters zu beginnen. Dazu verwenden wir Lithographie und Ätzung. Der Zweck der Bildgebung besteht darin, Pads und Leiterbahnen auf PCB-Schichten zu entwickeln. 

  • Lochbildung

Bohren ist wichtig, um Löcher zu erzeugen, und wir können sie auch stanzen. Mit diesem Verfahren können verschiedene Löcher wie Komponenten- und Werkzeuglöcher hergestellt werden. Wir beschichten sie mit Kupfer, sodass vertikale Verbindungen hergestellt werden können. 

  • Laminierung

Für die Leiterplattenlagen ist die Laminierung wichtig, damit diese ausgerichtet werden können. Hohe Temperatur und kontrollierter Druck machen dies möglich. Auch sollten wir an dieser Stelle die Bindungen zwischen beiden Segmenten nicht gefährden. Um sie zu verstärken, verwenden wir hochfeste Klebstoffe. 

  • Bildgebung

Es ist Zeit, die äußeren Schichten abzubilden, und für diesen Schritt wird der gleiche Prozess der Lithographie und Ätzung verwendet. 

  • Lötmaske und Finish

Der Lötstopplack dient dem Schutz der Kupferschicht vor Korrosion und möglichen Schäden. An dieser Stelle laminieren wir die Pads und Leiterbahnen nicht. Lediglich die Leiterplatte verwendet aufgrund ihrer Beschaffenheit Oberflächenveredelungen. Einige Leiterplatten verwenden ENIG, während andere HASL, OSP und Zinn verwenden. 

  • Singulation

Wir müssen auch die große Leiterplattenplatte verlegen. Dieser Schritt zeigt, dass Starrflex-Leiterplatten komplexe Konfigurationen aufweisen, die sich leicht vom Rest unterscheiden lassen. 

  • Testen

Tests und Inspektionen sind die wichtigsten Schritte dieses Prozesses. Wir können unsere Leiterplatten nicht nur durch Tests verbessern, sondern auch schädliche Mängel rechtzeitig erkennen und beheben. Um dies zu ermöglichen, stehen verschiedene Prüfmethoden zur Verfügung. Allerdings ist AOI, auch automatisierte optische Inspektion genannt, ein gängiger Prozess. 

  • Montage

Bei Bedarf können wir bei Starrflex-Leiterplatten eine 3D-Konfiguration übernehmen. Außerdem werden bei der Montage die Komponenten und Schichten gemäß den in der Vorproduktionsphase entwickelten Entwürfen montiert. 

Kostenaspekte von Starrflex-Leiterplatten

  • Anzahl der Ebenen

Die Logik ist einfach. Mehr Schichten bedeuten mehr Kosten. Aus diesem Grund sind alle Multilayer-Leiterplatten, in denen Starrflex-Leiterplatten enthalten sind, nicht erschwinglich und kosten auch Geld für die Produktion. 

  • Panel 

Wenn die Panelflächenauslastung geringer ist, erhöhen sich die Kosten. Um Ihr Budget nicht zu sprengen, ist es daher wichtig, den Platz effizient zu nutzen. 

  • Veredelung und Beschichtungen

Verschiedene Oberflächenveredelungen sind zu erschwinglichen Preisen erhältlich, haben aber auch Nachteile. Aus diesem Grund können auch Oberflächenveredelungen die Kosten dieser Leiterplatten beeinflussen. 

  • Flexible Materialart

Leiterplattenmaterialien wie Polyimid sind teuer, und wenn Sie seltene und hochwertige Materialien verwenden, müssen Sie mit einer großen Delle in Ihrem Geldbeutel rechnen. 

  • Registrierungsgenauigkeit

Wenn Sie eine genaue Verfolgung und höhere Genauigkeit anstreben, ist eine hochwertige Ausrüstung erforderlich. Um auf diese Ausrüstung zugreifen zu können, müssten Sie daher Ihr Budget sprengen. 

  • Designkomplexität

Wenn Sie sich für dichtes Routing und HDI-Funktionen entscheiden möchten, erhöht dies auch Ihre Produktionskosten. 

  • Testen

Es liegt auf der Hand, dass unterschiedliche Testmethoden viele Werkzeuge und Geräte erfordern. Aus diesem Grund muss ein Hersteller für die Prüfung seiner Leiterplatten weit über sein Budget hinausgehen. 

Vorteile der Verwendung von starr-flexiblen Leiterplatten

Konsolidierte Verpackung

Es ist offensichtlich, dass sich bei der Verwendung von Starrflex-Leiterplatten die Größe des Gehäuses verringert. Aus diesem Grund können wir eine einzige Starrflex-Leiterplatte verwenden, um nicht nur Platz zu sparen, sondern gleichzeitig auch die Qualität und Leistung zu verbessern. 

Höhere Zuverlässigkeit

Das Beste an Starrflex-Leiterplatten ist, dass sie eine höhere Zuverlässigkeit bieten, was für hochfrequente und leistungsstarke Elektronik praktisch ist. Die Verwendung von zwei Leiterplatten in einer einzigen Einheit ist nichts weniger als ein Wunder, und aus diesem Grund gibt es zahlreiche Anwendungen, deren Leistung auf starr-flexiblen Leiterplatten beruht. 

Zusammenfassung

Starrflexible Leiterplatten sind eine großartige Innovation für Bereiche wie Elektronik, Automobil und Luft- und Raumfahrt. Der Grund ist ganz einfach. Qualität und Zuverlässigkeit. Darüber hinaus sind Platzeffizienz und Festigkeit weitere gemeinsame Merkmale dieser Leiterplatten. Hoffentlich können Sie Starrflex-Leiterplatten jetzt für Ihre zukünftigen Projekte ausprobieren!

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