Dreidimensional denken Flexible Schaltungen mit Starrflex

Bei Flex- und Starrflex-Leiterplatten ist es wichtig, früh die Prozesskette zu betrachten: Schon in der Entwicklungs- bzw. Layoutphase ist festzulegen, wie die Leiterplatte bestückt, getestet und eingesetzt wird.

Anbieter zum Thema

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Beta LAYOUT GmbH

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

straschu Leiterplatten GmbH

Flex- und Starrflex-Leiterplatten sind aus der Verbindungstechnik nicht mehr wegzudenken. Auf viele technische Errungenschaften müssten wir heute verzichten, gäbe es da nicht die Flex- oder Starrflex-Leiterplatten. In Digitalkameras oder in Festplatten, in der Sensorik oder der Robotik – die Einsatzmöglichkeiten sind beliebig. Auch die Bestückung der flexiblen Leiterplatte ist heute unproblematisch.

Wichtig ist es, schon frühzeitig die gesamte Prozesskette zu betrachten. Das heißt: In der Entwicklungs- bzw. Layoutphase muss festgelegt werden, wie die Leiterplatte bestückt und getestet wird – und auch welchen Umgebungsbedingungen sie ausgesetzt wird. Entsprechend sind das Basismaterial sowie ein zuverlässiger Aufbau zu wählen.

Erfahrungen aus der Praxis zeigen immer wieder, dass sich im Produkt-Kreationsprozess alle, die an der Entstehung dieses Produktes beteiligt sind, verständigen müssen. Tauschen sich während dieser Phase alle Beteiligten aus, können die Kosten bei der Gestaltung des Layouts frühzeitig optimiert werden. So vermeidet man, dass Leiterplatten schwer, nicht produzierbar oder für die Einsatzbedingungen nicht geeignet sind.

Hinweise zum Layout flexibler und starrflexibler Schaltungen

Sofern nur CAD-Systeme ohne 3D-Unterstützung zur Verfügung stehen, ist es empfehlenswert, vor der Produktion ein Modell der Flex- oder Starrflex-Schaltung zu bauen. Um der Realität nahe zu kommen, kann das Modell aus Material, das später verwendet wird oder auch aus Papier erstellt werden. Die Praxis zeigt immer wieder, dass Layoutabhängigkeiten eine große Rolle spielen.

Die „Empfehlung zur Auslegung und zum Design für flexible und starrflexible Schaltungen“ (Starrflex-Richtlinie, siehe Kasten auf Seite 74) ist eine Hilfestellung bei der Layoutgestaltung. In den Layoutdaten müssen die Übergänge vom starren Teil zum flexiblen Teil genau beschrieben werden. Ansonsten entspricht die Entflechtung dem der starren Leiterplatte unter Berücksichtigung der straschu-Starrflex-Richtlinie. In der Richtlinie finden sich Hinweise zu:

• Lagenaufbauvorschlägen,

• Werkstoffen,

• Konstruktion,

• Lötstoppmasken,

• LongFlex,

• Verarbeitung,

• Trocknen von Leiterplatten.

Weiter sollen die Normen der IPC-Reihen 2221 und folgenden berücksichtigt werden.

Es ist wichtig festzustellen, ob der Flexteil einer statischen oder dynamischen Beanspruchung ausgesetzt wird. straschu kann Richtwerte für den individuellen Anwendungsfall ermitteln, sofern die Rahmenbedingungen aufgegeben werden. Ein Musterbau ist in jedem Fall erforderlich, um zu ermitteln, ob die Leiterplatte der dynamischen Beanspruchung standhält.

Statische und dynamische Beanspruchung

Auch bei einer statischen Auslegung kann es durch Schwingungen und Resonanzen zu einer Belastung des Flexteils kommen. Hier spielen die Verlegung im Gehäuse und die Layoutgestaltung eine große Rolle. Eine galvanische Verstärkung des Kupfers im Flexteil kann sich auch hier negativ auswirken.

Biegeradien für flexible Lagen ohne Durchkontaktierung (sogenannte Ätzware):

Richtwert bei statischer Beanspruchung:

R = Schaltungsdicke x 6

Biegeradien für flexible Lagen mit Durchkontaktierung:

Richtwert bei statischer Beanspruchung:

R = Schaltungsdicke x 12

Wenn Leiterplatten dynamisch beansprucht werden, ist zwingend zu überprüfen, ob das Material dieser Biegewechselbeanspruchung standhält. Beispielsweise kann der flexible Teil einer Starrflex-Schaltung separat in einer kostengünstigen flexiblen Leiterplatte simuliert und auf die Biege-Wechsel-Beanspruchung getestet werden.

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