Einleitung
Möglicherweise haben Sie Ihre starren FR4-Mehrschicht-Leiterplatten inzwischen bereits hergestellt und sind mit deren Leistung zufrieden. Sie verstehen deren Aufbau (FR4, Kupferschichten, Prepreg usw.) und wissen wahrscheinlich, wie man sie online bestellt und herstellt. Allerdings stellen Sie fest, dass die Verbindungen in Ihrem Projekt immer komplexer werden und der Platz immer knapper wird. Sie benötigen mehr als nur Standardsteckverbinder, um Ihre Leiterplatten miteinander zu verbinden.
Hier kommen möglicherweise Flex- oder Rigid-Flex-Leiterplatten ins Spiel.
Was sind flexible Leiterplatten?
Flex-Leiterplatten sind flexible Schaltungslayouts, die bei Projekten mit begrenztem Platzangebot hilfreich sein können. Stellen Sie sich vor, Sie möchten Tastenfelder oder LCDs auf einer Frontblende anbringen, bei der Platz und Freiraum entscheidend sind (wie bei Smartphones oder Laptops). Hier können Flex-Leiterplatten-Layouts Abhilfe schaffen. Sie können flexible Leiterplatten an beweglichen Teilen Ihrer Projekte einsetzen, beispielsweise bei verschiebbaren Tastaturen oder Klappgehäusen. Nachfolgend finden Sie gängige Schichtkonfigurationen und Materialien, die bei flexiblen Leiterplatten verwendet werden
Beispiel für den Aufbau einer flexiblen Leiterplatte
Einschichtige flexible Leiterplatte
- Abdeckfolie (Schutzfolie)
- Klebstoff
- Kupferschicht
- Klebstoff
- Polyimid (Grundmaterial)
- Versteifung (optional)
Zweischichtige flexible Leiterplatte
- Abdeckfolie (Schutzfolie)
- Klebstoff
- Oberste Kupferschicht
- Klebstoff
- Polyimid (Grundmaterial)
- Klebstoff
- Unterste Kupferschicht
- Klebstoff
- Abdeckfolie (Schutzfolie)
- Klebstoff
- Versteifung (optional)
Coverlay ist die Schutzschicht einer flexiblen Leiterplatte, ähnlich wie Lötmasken bei starren Leiterplatten. Hersteller verwenden für diese Schicht in der Regel einen Kunststoff (Polyimid). Die Klebstoffe dienen dazu, die Schichten miteinander zu verbinden. Auf der Kupferschicht können Sie Ihre Leiterbahnen verlegen (ähnlich wie auf einer FR4-Leiterplatte). Diese Schicht besteht in der Regel aus gewalzter, geglühter Kupferfolie, damit sie wiederholt gebogen werden kann.
Das Trägermaterial mit Flex-Eigenschaften ist ein Kunststoff namens Polyimid (wie auch die Deckschicht). Dieses Material unterstützt das Biegen und Krümmen Ihrer Leiterplatte. An den Enden einer Flex-Leiterplatte können Versteifungsmaterialien (FR4 oder Polyimid selbst) angebracht werden, damit Anwender die Enden bequem in einen Steckverbinder einstecken können.
Beachten Sie, dass flexible Leiterplatten ein- oder mehrlagig sein können. Wenn Sie mehrere Lagen wünschen, können Sie die Abfolge aus Deckschicht, Kupferschicht und Polyimidschicht wiederholen.
Was sind Rigid-Flex-Leiterplatten?
Flex-Leiterplatten sind großartig, aber die Kombination aus Flex- und Starrleiterplatten macht die Sache noch interessanter. Rigid-Flex-Leiterplatten bieten eine steckerlose Lösung für Ihre Projekte. Damit benötigen Sie keine FPC-Stecker mehr. Diese Kombination bedeutet weniger manuelle Verbindungen bei der Bestückung und eine reduzierte Stückliste. Sie können Rigid-Flex-Leiterplatten auch auf einer einzigen Leiterplattenbaugruppe erstellen, wodurch Sie sofort von anderen zeitaufwändigen Bestückungsaufgaben befreit werden.
Da Rigid-Flex-Leiterplatten sowohl starre als auch flexible Teile aufweisen, ist ihr Schichtaufbau ganz besonders. Nachstehend ist ein 4-lagiger Rigid-Flex-Schichtaufbau dargestellt.
Konfiguration des Laminataufbaus für Rigid-Flex-Leiterplatten
4-lagige starre Kupfer-Leiterplatte (Seitenansicht)
- Lötmaske
- Oberste Kupferschicht
- FR4 (Grundmaterial)
- Prepreg ———————> Fügefuge
- Innere Kupferschicht
- Polyimid
- Innere Kupferschicht
- Prepreg———————->Fügelinie
- FR4 (Grundmaterial)
- Unterste Kupferschicht
- Lötmaske
2-lagige flexible Kupfer-Leiterplatte (Seite)
- Abdeckung (Schutz)————->Verbindungslinie
- Coverlay-Klebstoff
- Innere Kupferschicht
- Polyimid (Grundmaterial)
- Innere Kupferschicht
- Coverlay-Klebstoff
- Abdeckung (Schutz)————>Verbindungslinie
Oben sehen Sie sowohl starre als auch flexible Schichtaufbauten in einer Ein-Panel-Baugruppe. Die starren Leiterplatten sollten sich an beiden Enden des flexiblen Teils befinden, das sich in der Mitte dieser starren Leiterplatten befindet. Wie werden diese Leiterplatten miteinander verbunden? Dies geschieht durch den Freiraum, den die starre Leiterplatte auf ihren vorgesehenen inneren Schichten freilässt. Die inneren Kupferschichten der starren Leiterplatte werden zu den Kupferschichten der flexiblen Leiterplatte. Im Wesentlichen verschmilzt die flexible Leiterplatte mit der starren Leiterplatte, wobei lediglich das Prepreg der starren Leiterplatte mit der Deckschicht und den Deckschichtklebern verbunden wird.
Wie fängt man mit der Herstellung einer flexiblen Leiterplatte an?
Mit jeder Leiterplatten-Entwurfssoftware, die Schichtparameter unterstützt, können Sie eine flexible Leiterplatte erstellen. Als Leiterplattenentwickler müssen Sie die Schichtstruktur Ihrer Leiterplatte ähnlich wie bei einer Standard-Leiterplatte festlegen. Zu diesen Schichten gehören die Kupferschichten (oben, unten oder innen), die Lötmaske (oben und unten), die Lötpaste (oben und unten), der Siebdruck (oben und unten), der Leiterplattenumriss und weitere. Anschließend können Sie mit dem Verlegen der Kupferschichten Ihrer Flex-Leiterplatte fortfahren. Bei Flex-Leiterplatten sind besondere Designaspekte zu beachten, da sie eine dünne Kunststoffstruktur aufweisen.
Ihr Design an einen Hersteller senden
Nachdem Sie Ihre Leiterplatten entworfen und geprüft haben, können Sie wie bei jeder herkömmlichen Leiterplatte Fertigungsdaten erstellen. Anschließend können Sie diese an Ihren Leiterplattenhersteller senden.
Es liegt im Ermessen Ihres Leiterplattenherstellers, wie er Ihre flexible Leiterplatte verarbeitet und fertigt. Daher müssen Sie ihm mitteilen, welche Erwartungen Sie an das Endprodukt haben. Dazu gehören unter anderem die FPC-Dicke (Leiterplattendicke), Versteifungen, die Farbe der Lötmaske, die Oberflächenbeschaffenheit und weitere Aspekte.
Wie spezifiziert man eine Rigid-Flex-Leiterplatte?
Obwohl eine Rigid-Flex-Leiterplatte einen einzigartigen Schichtaufbau und eine einzigartige Form aufweist, können Sie sie in Ihrer Leiterplatten-Design-Software wie eine Standard-Leiterplatte entwerfen. Entscheidend ist, dass Sie dem Hersteller den korrekten Schichtaufbau und Formfaktor der gewünschten Starr-Flex-Leiterplatte mitteilen. Auf diese Weise können Sie in Ihrer Leiterplatten-Design-Software den Kantenschnitt oder den Leiterplattenumriss sowie andere Benutzerebenen nutzen. Dieser Vorgang dient dazu, die Grenzen zwischen dem starren und dem flexiblen Teil Ihrer Leiterplatte zu definieren.
Beispielsweise können Sie den flexiblen Teil (der auch den Umriss Ihrer Leiterplatte abdeckt) auf der Ebene für den Leiterplattenumriss oder die Kantenausschnitte definieren. Legen Sie anschließend die Grenzen Ihrer starren Leiterplatte mithilfe einer Benutzer-Ebene fest. Es bleibt Ihnen überlassen, welchen Stil Sie verwenden. Wichtig ist, dass Sie die Informationen zu den Begrenzungen und zum Laminataufbau an Ihren Leiterplattenhersteller weitergeleitet haben.
Fazit
Flex- und Rigid-Flex-Leiterplatten sind eine hervorragende Möglichkeit, Ihre Projekte zu miniaturisieren, mobil zu gestalten und Platz zu sparen. Sich mit ihrem Aufbau und den Herstellungsverfahren vertraut zu machen, ist der erste Schritt, um sich mit ihnen auseinanderzusetzen. Das Entwerfen von Flex- und Rigid-Flex-Leiterplatten unterscheidet sich nicht von der Herstellung starrer FR4-Leiterplatten, außer dass Sie einige wichtige Parameter und Prozesse ausdrücklich überprüfen müssen. Dazu gehören Ihr Laminataufbau, die Grenzen des Platinentyps, der Fertigungsprozess und die Materialien, die Sie Ihrem Leiterplattenhersteller mitteilen müssen.