Flexible-PCB: Fachbegriffe und Definitionen

Neulich hatte ich ein interessantes Gespräch mit jemandem, der noch neu im Flex-Design-Bereich war. Ich bemühte mich, einige Dinge zu erklären, die speziell für das Flex- und Rigid-Flex-Design gelten und beim ersten Entwurf berücksichtigt werden sollten. Er hörte aufmerksam zu und machte sich Notizen. Dann unterbrach er mich und sagte: „Ich kann Dir nicht ganz folgen. Ich bin mir nicht sicher, ob ich die Terminologie verstehe.“ Das weckte in mir Erinnerungen an meine Anfangszeit in der Branche. Auch ich war etwas verwirrt von den Begriffen und wir hatten damals kein Google, um uns selbst zu helfen!  

Dieser Blog ist für jene unter Ihnen, die neu im Bereich Rigid-Flex und flexible PCB tätig sind und sich mit einigen der Fachausdrücke, die in dem Zusammenhang häufig benutzt werden, vertraut machen wollen. 

Flexible PCB (Flexible Printed Circuit Board, FPC):  

Eine Anordnung von Leiterbahnen, die auf ein flexibles Substrat aufgebracht werden. Dazu stehen mehrere verschiedene Substrate zur Verfügung, das gebräuchlichste ist Polyamid. Anders als starre Materialien verwenden diese Laminate Walz-Kupfer bzw. RA-Kupfer (Rolled Annealed Copper) zur Verbesserung der Flexibilität. 

Starrflexible Leiterplatten (Rigid-Flex-PCBs):  

Dabei handelt es sich um ein Hybrid-Design, bei dem flexible Werkstoffe in Bereichen verwendet werden, die flexibel oder biegsam sein müssen, sowie starre Werkstoffe in Bereichen mit dichter Bauteilkonzentration, beidseitigen oberflächenmontierten Bauteilen sowie Mehrschicht-Leiterplatten mit hoher Leiterbahnendichte. Die gängigsten starren Materialien können in einem Rigid-Flex-Design verwendet werden. 

Flex-Tail:

Bezeichnet in der Regel einen flexiblen Bereich, der über die starre Leiterplatte hinausragt. Dabei kann es sich um eine Flex-Region oder um mehrere Bänder handeln, die sich in verschiedene Richtungen ausdehnen. Starrflex wird häufig bei engen Platzverhältnissen und zur Verbindung mehrerer Leiterplattenebenen eingesetzt. Flex-Tails ermöglichen dies. 

Banding:

Wird oft verwendet, um einen kürzeren Flex-Bereich unterzubringen, wenn kein Platz für eine Service-Zugabe vorhanden ist. Statt die volle Breite des Flex-Bereichs zwischen den Flächen der einzelnen Innenlagen zu nutzen, kann der Bereich in kleinere Bänder gleicher Breite pro Innenlage unterteilt werden, wodurch Knicken und Spannungen in diesem Bereich vermieden werden.                                                                   

Pouching:

Hierbei handelt es sich um ein schützendes Material, das häufig bei der Starrflex-Herstellung zum Einsatz kommt. Meistens wird dieses Abdeckmaterial verwendet, um freiliegende flexible Materialien während der Verarbeitung zu schützen. Es wird dann vor der Auslieferung vom flexiblen Teil der Platte entfernt. 

Coverlay (Deckfolie):

Eine Schicht aus Isoliermaterial, die auf die flexible Schaltung aufgebracht wird, um das Leiterbild zu schützen. Coverlay besteht in der Regel aus einer Polyamidschicht mit Acrylkleber. Folienbasiertes Coverlay ist viel flexibler als Cover-Coat-Material und sehr empfehlenswert für dynamisch biegsame Anwendungen oder Biegungen mit engen Biegeradien. Es ist wichtig, dass genügend Klebstoff zum vollständigen Verkapseln der Kupferleiter verwendet wird. 

Cover-Coat (Deckschicht):

Hierbei handelt es sich in der Regel um eine fotostrukturierbare Deckschicht, die der traditionellen PCB-Lötstoppmaske ähnelt, aber so konzipiert ist, dass sie flexibel bleibt. Cover-Coats werden oft bei geringerer Lagenzahl, Anwendungen mit geringen Biegeanforderungen und engen Pad-Anordnungen verwendet, die die standardmäßigen gebohrten Coverlay-Fähigkeiten übersteigen. 

Bikini-Schnitt:

Coverlay-Material, das zur Isolierung der Schaltungen auf den flexiblen Schichten verwendet wird, ist normalerweise mit Acrylklebern verklebt. Dabei sollte der Acrylklebstoff NICHT mehr als 0,050" in den starren Teil der Konstruktion hineinragen, um Zuverlässigkeitsprobleme in durchkontaktierten Bereichen zu vermeiden. Der Bikini-Schnitt bezieht sich auf das Zurückschneiden des Acrylklebstoffs, sodass dieser nicht in den starren Teil des Stack-ups hineinragt. 

Gang Open:

Bei gebohrter Deckschicht beträgt der Mindestabstand zwischen den Strukturen 0,25 mm. Ist dieser Platz nicht vorhanden, um eine korrekte Durchführung zu ermöglichen, wird Gang Opening eingesetzt, d. h. das Öffnen einer Gruppe von Pads mit einer einzigen Coverlay-Öffnung. Ist dies nicht möglich, sind gängige Alternativen wie LPI-Lötstoppmaske oder Laserschneiden des Coverlays üblich. 

Squeeze-out:

Beim Pressen und Aushärten der Deckschicht, wird Acrylklebstoff auf die Pad-Flächen „gequetscht“. Zu beachten sind die Größe der Coverlay-Öffnung und der Pad-Größe, um dies bei der Berechnung des Restrings zu berücksichtigen. 

Kehlungen (Fillets):

Weicher Übergang vom Pad zur Leiterbahn zur Beseitigung von Stresspunkten. Der Pad-zu-Leiterbahn-Übergang ist bei einem flexiblen Design sehr anfällig für Rissbildung und Bruch. Filleting wird bei allen flexiblen PCB-Anwendungen empfohlen.                              

Anker/Hasenohren (Rabbit Ears):

Zusätzliches Kupfer, das aus dem Kupferpad-Bereich herausragt und von der Deckschicht eingekapselt wird, um die Verankerung des Pads am Substrat zu unterstützen. Dies wird für alle Flexible PCBs empfohlen und ist besonders wichtig bei einseitigen Designs, die kein durchkontaktiertes Durchgangsloch haben, um die Verankerung des Kupfers zu unterstützen. 

Biegeradius:

Dieser ist das Verhältnis des Innen-Biegeradius zur Gesamtdicke des Bereichs. Typische Empfehlungen für nicht dynamisch biegsame Konstruktionen sind 10:1 für ein- und doppelseitige Konstruktionen und 20:1 für mehrschichtige Konstruktionen. Diese können überschritten, sollten aber zuvor sorgfältig geprüft werden. Dynamisch biegsame Applikationen sollten mit Ihrem Hersteller hinsichtlich eines geeigneten Stack-ups besprochen werden.

Button-Plating:

Herstellungsverfahren zum selektiven Galvanisieren von Kupfer auf Durchkontaktierungen und der entsprechenden Pads. Die verbleibenden Kupferbahnen haben dadurch kein galvanisch abgeschiedenes Kupfer, was die Flexibilität der Schaltung erhöht. 

I-Beam-Effekt:

Das Stapeln von Leiterbahnen auf benachbarten Lagen direkt übereinander, wodurch sich die Steifigkeit der Schaltung in den Biege- oder Faltbereichen erhöht. Wenn möglich, werden versetzte Leiter empfohlen, um die maximale Flexibilität der Schaltung zu erhalten. 

Ich hoffe, dass dies zur Erklärung einiger der gebräuchlichen Begriffe im Zusammenhang mit starr-flexiblen und flexiblen PCBs beigetragen hat. Bitte wenden Sie sich bei Fragen an mich oder folgen Sie mir auf Twitter für weitere Informationen! 

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