Flexible Zukunft: Branchen, derentwegen Sie das Design von Rigid-Flex-PCBs erlernen sollten

Haben Sie manchmal das Gefühl, dass die Zeit schneller vergeht als sie sollte? Es kommt mir vor, als hätte ich erst gestern mit frustriertem Grummeln gelernt, wie man über eine Einwahlverbindung ins Internet kommt. Jetzt grummle ich frustriert, wenn ich meinen hochmodernen Breitbandrouter anzuschließen versuche. Manchmal kommt es mir vor, als müsste ich – kaum, dass ich eine brandneue Technologie beherrsche – wieder von vorn anfangen. Nun, liebe PCB-Designerkollegen, es wird Zeit, die nächste große Sache beim PCB-Design zu lernen: Flex und Rigid-Flex. In der schnelllebigen Welt der PCBs verzeichnen flexible PCBs die höchsten Wachstumsraten. Das Internet der Dinge (Internet of Things – IoT), elektronische Wearables und flexible Displays bringen die Branche immer weiter in Richtung Rigid-Flex-PCBs. Es ist also Zeit, die Augen zu verdrehen, zu seufzen und sich mit den Designprinzipien der nächsten Generation von PCBs vertraut zu machen.

Flexible PCBs wachsen schnell

Neue Techniken zu erlernen, tut weh, aber Geld hilft über den Schmerz hinweg. Der weltweite PCB-Markt wächst, und einige Studien erwarten einen Anstieg auf 73,8 Milliarden Dollar im Jahr 2021 von 63,5 Milliarden in 2016. Ein Großteil dieses Wachstums wird auf flexible PCBs entfallen. Schätzungen zufolge wird der Umsatz mit flexiblen PCBs bis 2020 auf 15,2 Milliarden Dollar und bis 2022 auf 27 Milliarden Dollar anwachsen. Selbst, wenn ich mich nicht für die nächste PCB-Generation interessiere, lockt mich das Geld doch. Flexible PCBs überholen starre PCBs bereits jetzt. 2014 nahmen die Verkäufe starrer PCBs leicht ab, während mehr flexible PCBs als je zuvor verkauft wurden. Anpassen oder Aussterben ist offenbar das Gesetz der Natur und der Welt des PCB-Designs. Wer in der Vergangenheit bei den starren PCBs verharrt, gerät ins Hintertreffen.

Branchen, die flexible PCBs immer wichtiger machen

Es ist das eine, das Wachstum flexibler PCBs zu beobachten. Zu wissen, welche Branchen diesen Trend hervorbringen, ist etwas anderes. Aktuell sind vor allem das Internet der Dinge und elektronische Wearables dafür verantwortlich. Ich bin sicher, dass flexible Displays in naher Zukunft eine weitere treibende Kraft sein werden.

In Digitalkameras kommen bereits eine Menge flexibler PCBs zum Einsatz

Das Internet der Dinge

Das Internet der Dinge ist eine der Elektronikbranchen, die kurz davor stehen, explosiv zu wachsen. Dieses Wachstum bedeutet, dass Sie in nächster Zeit vermehrt PCBs für IoT-Geräte entwerfen werden. Viele der neuen IoT-PCBs aber werden flexible PCBs benötigen.

Nehmen wir „intelligente“ LED-Leuchtstreifen als Beispiel. LED-PCB-Leuchtstreifen müssen der Länge nach flexibel sein, damit man sie in die benötigte Form biegen kann. Irgendwann werden die Konsumenten intelligente Handtücher verlangen, die ein Signal senden, wenn die Haare trocken sind, oder vernetzte Taschentücher, die daran erinnern, „Gesundheit“ zu sagen. Allein aufgrund ihrer Beschaffenheit,  werden solche Anwendungen flexible PCBs benötigen.

Flexible PCBs können auch genutzt werden, um in kleine 3D-Formate eingepasst zu werden. 3D-gedruckte PCBs sind noch sind noch in weiter Ferne bis sie zur Realität werden, aber man muss kreativ werden, um ungünstige Leerräume zu füllen. Mit Rigid-Flex-Designs lassen sich Platinen zu Rechtecken, Würfeln oder Oktaedern falten und an Stellen einsetzen, an denen flache Platinen oft scheitern würden. Sie werden also vielleicht neben dem Rigid-Flex-Design auch noch Origami lernen müssen.

Künftig werden die meisten PCBs vielleicht so aussehen

Wearables

Ich weiß, dass Sie PCBs so sehr lieben, dass Sie diese am liebsten als Schmuck tragen würden. Dann ist heute Ihr Glückstag. Tragbare elektronische Geräte (Wearables) werden immer erfolgreicher und sollen bis 2020 einen Umsatz von 30,6 Milliarden Dollar erreichen. Mit so viel Geld kann man sich einen Kleiderschrank aus PCBs anschaffen.

Tragbare Elektronik ist oft in Kleidung eingebettet und muss daher flexibel sein. Sensorias intelligente Socken zum Beispiel enthalten Sensoren und einen Chip, der in den Stoff der Socke eingebettet ist.. Wearables, die flexible PCBs benötigen, sind überall zu finden. Von Gürteln bis zu Babymützen wird unsere Kleidung immer vernetzter, und das setzt flexible PCBs voraus.

Einige tragbare PCBs, wie zum Beispiel das der Shockbox, müssen flexibel sein, um Schläge und Vibrationen auszuhalten. Shockbox stellt Sensoren her, die in Sporthelme integriert werden können. Diese Sensoren sollen das Risiko von Gehirnerschütterungen reduzieren, indem sie Eltern und Trainern Kraftdaten zu Schlägen im Kopfbereich liefern. Um Kräfte zu messen, müssen die Sensoren diesen Kräften ausgesetzt werden. Da starre PCBs unter dynamischer Krafteinwirkung sehr wahrscheinlich brechen würden, benötigen diese Produkte flexible PCBs.

Flexible Displays

Sie haben wahrscheinlich schon von flexiblen Displays gehört, aber noch nie eines gesehen. Angeblich gibt es am Ende des Regenbogens, gleich neben dem Topf voller Gold, ein ganzes Regal davon. Ich habe kürzlich herausgefunden, dass flexible Bildschirme tatsächlich existieren, aber einfach noch nicht genutzt werden. Sobald die Herstellungskosten sinken, werden flexible Bildschirme Teil unserer Geräte werden. Sobald aber der Bildschirm biegsam ist, muss auch der Rest flexibel sein. Der Alptraum eines komplett flexiblen PCB-Designs für tragbare Elektronik ist auf dem besten Weg, Wirklichkeit zu werden.

Wenn Sie jetzt dachten, sie müssten nach dem Hochschulstudium nichts mehr lernen, haben Sie sich getäuscht. Das Internet der Dinge, elektronische Wearables und flexible Displays werden Sie zwingen, sich mit dem Design von Flex- und Rigid-Flex-PCBs zu beschäftigen. Trinken Sie also einen Kaffee und bereiten Sie sich auf eine Nachtschicht vor, denn es geht um die Zukunft.

Wenn Sie die nächste Generation von Rigid-Flex-PCBs designen wollen, brauchen Sie Software, die so futuristisch ist wie intelligente Socken. Altium Designer hat dem 3D-PCB-Design den Weg gebahnt, damit Designer wie Sie das Problem des Rigid-Flex-Designs einfacher meistern können.

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