Die 10 wichtigsten Designregeln Was Sie beim Design flexibler und starr-flexibler Leiterplatten beachten sollten

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Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

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Mit steigenden Anforderungen an Miniaturisierung und mechanische Belastbarkeit gewinnen flexible und starr-flexible Leiterplatten in zahlreichen Anwendungen an Bedeutung, doch sie erfordern spezielle Designregeln.

Moderne Elektroniken werden kontinuierlich kleiner, leichter und komplexer. Deshalb sind flexible und starr-flexible Leiterplatten zur ersten Wahl für moderne Produktentwickler geworden. Von der Luft- und Raumfahrt bis zu medizinischen Geräten, von Wearables bis zu industriellen Sensoren und neuen Energieanwendungen bieten diese Technologien eine Vielseitigkeit, bei der herkömmliche starre Leiterplatten an ihre Grenze kommen. Die Entwicklung flexibler und starr-flexibler Produkte erfordert jedoch mehr als das Kopieren von Techniken für starre Leiterplatten.

Sie erfordert ein tiefes Verständnis der mechanischen Beanspruchung, der Materialeigenschaften und der Herstellbarkeit. Um Sie dabei zu unterstützen, bietet Ihnen CEE PCB mit zehn Designregeln von flexiblen und starr-flexiblen Leiterplatten kompetente Hilfestellung.

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Definieren Sie frühzeitig flexible und starre Bereiche

Zuerst muss festgelegt werden, welche Bereiche der Leiterplatte flexibel und welche starr sein sollen. Dies hat Auswirkungen auf die Materialauswahl, den Lagenaufbau, die Biegezuverlässigkeit und die Platzierung der Komponenten. Eine frühzeitige Planung reduziert spätere kostspielige Änderungen. Starre Bereiche können mechanische Versteifungen aus verschiedenen Materialien oder typisches FR4-Leiterplattenmaterial einschließlich Durchkontaktierungen sein.

Vermeiden Sie 90°-Leiterbahnen in Biegebereichen

Spitze Winkel erhöhen die Konzentration von mechanischen Beanspruchungen. Deswegen sind in Biegezonen gebogene Leiterbahnen oder 45°-Bögen zu verwenden, um Rissbildung oder Delamination zu vermeiden. Ein „abgerundetes Layout“ gewährleistet insbesondere bei dynamischer Belastung eine bessere mechanische Festigkeit.

Vermeiden Sie Durchkontaktierungen in flexiblen Bereichen

Die Platzierung von Durchkontaktierungen in Biegezonen schwächt die Struktur und erhöht das Ausfallrisiko. Durchkontaktierungen sollten nur in starren oder versteiften Bereichen verwendet werden, es sei denn, sie sind speziell für dynamisches Biegen ausgelegt, was wiederum hochentwickelte

Materialien und Tests erforderlich macht.

Verwenden Sie Tear Drops und Verankerungen

Beim Übergang von Leiterbahnen zu Pads oder Durchkontaktierungen tragen Tropfenformen dazu bei, Spannungen zu reduzieren und die mechanische Zuverlässigkeit zu verbessern. Verankerungen an Pads in Biegezonen können ein Abheben des Pads unter Biegebelastung verhindern.

Leiterbahnen über verschiedene Lagen verteilen

Bei Multilayer-Flexleiterplatten sollten die Leiterbahnen nicht vertikal im Flexbereich „gestapelt“ werden. Verlegen Sie die Leiterbahnen stattdessen zwischen den Lagen, um das Risiko von Stressfrakturen zu verringern und die Flexibilität zu erhöhen. Dies reduziert auch Impedanzfehlanpassungen in Signalleitungen.

Wahl des richtigen Biegeradius

Der minimale Biegeradius ist entscheidend. Orientieren Sie sich an den folgenden Faustregeln.

• Für statische Biegungen gilt: Radius R ≥ 6 × Schaltungsdicke d – geeignet für einzelne Biegungen.

• Für dynamische Biegungen (bei 35 μm Kupfer): Radius R ≥ 10 × d.

Engere Biegungen erhöhen das Risiko der Rissbildung.

Vermeiden Sie die Platzierung von Bauteilen in flexiblen Bereichen

Wenn es nicht unbedingt erforderlich ist, sollten Komponenten nicht in flexiblen Bereichen platziert werden. Platzieren Sie sie auf starren Abschnitten, um Ermüdung der Lötstellen und mechanisches Versagen zu vermeiden. Wenn sich Bauteile im flexiblen Bereich befinden müssen, verwenden Sie Versteifungen zur Unterstützung.

Verwenden Sie aufgerasterte Masseflächen

Massive Kupferschichten schränken die Flexibilität ein. Verwenden Sie in flexiblen Bereichen gerasterte Masseflächen, um die EMI-Abschirmung zu gewährleisten und gleichzeitig die Biegsamkeit zu erhalten. Achten Sie hierbei darauf, dass die Durchgängigkeit und die Signalrückführungswege nicht beeinträchtigt werden.

Optimieren Sie Ihren Flexaufbau für robustes Biegeverhalten

Verwenden Sie möglichst symmetrische Aufbauten mit kleberlosen Basismaterialien. Dies verbessert die Lebensdauer der Biegung und verbessert das dynamische Verhalten. Stellen Sie sicher, dass die Kupferdicken und Deckschichtmaterialien entsprechend den Anforderungen an die Biegeleistung ausgewählt werden.

Frühzeitige Zusammenarbeit mit Ihrem Hersteller

Flexible und starrflexible Leiterplatten haben engere Fertigungstoleranzen als starre Leiterplatten. Frühzeitige DFM-Tests (Design for Manufacturing) mit CEE PCB können typische Probleme verhindern und die Prototypenerstellung beschleunigen. Wir unterstützen Sie bei der Optimierung von Ertrag, Kosten und Leistung.

Flexible und starrflexible Leiterplatten eröffnen neue Möglichkeiten – aber nur, wenn sie sorgfältig entworfen werden. Bei Beachtung dieser Regeln können Sie sicher sein, dass Ihr Design nicht nur elektrisch, sondern auch mechanisch funktioniert. (sb)

Schnelles Prototyping flexibler Leiterplatten mit dem Laser

* Markus Voeltz ist Business Development Director Europe bei CEE PCB.

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