Wie man die Kostentreiber für Flex-Designs in den Griff bekommt

Judy Warner:

Sie sind seit über 20 Jahren in der Leiterplattenfertigung tätig. Welche Faktoren haben Ihrer Meinung nach zum Aufschwung bei den Flex- und Rigid-Flex-Designs beigetragen?

Tara Dunn:

Ich glaube, dass der Platzbedarf, das Gewicht und die Gehäuse die wichtigsten Faktoren sind, die den Umstieg von Designs auf Flex- und Rigid-Flex-Technologie anstoßen.  Bei Kunden, die bereits Flex- und Rigid-Flex-Designs verwenden, sieht man eine Zunahme des Anteils an Flex-Designs bei ihren neuen Designs, und mir ist auch die imemr größere Zahl an Anfragen von Leuten aufgefallen, für die die Flex-Technologie neu ist und die nach Orientierung suchen.  Insgesamt wird die Elektronik kleiner und leichter, doch selbst da, wo das nicht der Fall ist, erhöhen wir immer mehr die Dichte und Funktionalität der Elektronik, während die Gehäusemaße fest vorgegeben sind.

Warner:

Können Sie einige Schlüsselfaktoren nennen, die die Kosten und die Zuverlässigkeits-Anforderungen erhöhen und auf die Entwickler achten sollten?

Dunn:

Es gibt drei hauptsächliche Kostentreiber: Materialien, Nutzenerstellung und Technologie.  Ich möchte aber noch einen vierten hinzufügen: Man muss die Möglichkeiten seines Herstellers kennen und sicherstellen, dass das eigene Design optimal für dessen Fertigungsprozess geeignet ist.  Wenn man die gängigsten, auf Lager befindlichen Materialien kennt und nutzt, reduziert dies die Kosten und die Vorlaufzeit.  Die gebräuchlichsten Materialien sind eine Kombination aus 1/2 oder 1 Unze Kupfer mit 1 oder 2 mil Polyimid.  Es gibt viele andere Optionen mit Laminaten aus 1/2 bis 2 Unzen Kupfer und 1/2 bis 6 mil Polyimid.  Wenn Sie die gängigen Materialien kennen, die Ihr Hersteller vorrätig hat, bürgt dies dafür, dass diese auch verfügbar sind und keine zusätzlichen Kosten für Mindestlosgrößen ungewöhnlicher Werkstoffe anfallen.

Flexible Schaltkreise haben oft ungewöhnliche Formen. Überprüfen Sie Designs auf die Möglichkeit, verschachtelte Teile umzudrehen und anzupassen, um den Leiterplatten-Nutzen optimal auszuschöpfen.  Die zwei gebräuchlichsten Größen für Leiterplatten-Nutzen bei flexiblen Materialien sind 12 Zoll x 18 Zoll und 12 Zoll x 24 Zoll.  Jede Größe erfordert normalerweise einen Rand von 1 Zoll auf allen Seiten für Coupons und Fertigungsbohrungen.  Bei einem Rand von mindestens 1 Zoll und ohne Vorgaben bezüglich der Anordnung kann Ihr Hersteller Teile verschachteln und das Material maximal ausnutzen.  Geben Sie die Anordnung vor, sollten Sie sowohl die Materialnutzung mit dieser Anordnung beachten als auch die Frage, wie sie auf den Leiterplatten-Nutzen passt. 

Wenn das technische Niveau der Designs steigt, sollten Sie mit Ihrem Hersteller zusammenarbeiten, um sicherzustellen, dass keine unnötigen Zusatzkosten entstehen.  Zum Beispiel ist ein Rigid-Flex-Design mit Durchkontaktierungen in den flexiblen Abschnitten durchaus machbar.  Allerdings bringt ein Verlagern der Durchkontaktierungen aus dem starren Bereich des Lagenaufbaus zusätzliche Verarbeitungsschritte und Mehrkosten für Ihr Design mit sich.

Wenn man die Zuverlässigkeit aus der Designperspektive betrachtet, steckt der Teufel in den Details.  Beachten Sie die Richtlinien zum Biegeradius, fügen Sie Befestigungen hinzu, um die Pads zu verankern und ein Anheben zu verhindern.  Die Platzierung von Durchkontaktierungen ist kritisch. Ordnen Sie diese nicht in der Nähe von Falten oder Spannungspunkten an und reduzieren Sie die Spannungspunkte auf mechanischem Weg.  Routen Sie Leiterbahnen einheitlich im rechten Winkel zu Faltlinien und vermeiden Sie spitze Winkel.  

Warner:

Wie haben Sie sich mit der Flex- und Rigid-Flex-Technologie vertraut gemacht und wo würden Sie Designern dazu raten, mehr über Design, Herstellung und Bestückung von Flex-Produkten zu erfahren?

Tara Dunn, Präsidentin von OMNI PCB

Dunn:

Das ist eigentlich eine ganz witzige Geschichte.  Ich bin zufällig in der Elektronikbranche gelandet und wusste überhaupt nichts über flexible Schaltkreise – außer einem vagen Zusammenhang mit dem Kabel in den meisten Druckern. Ich fing in der Branche an und lernte zuerst etwas über Flex-Design und -Fertigung, bevor ich dann zu den starren Leiterplatten kam. Ich hatte das Glück, zunächst praktische Erfahrungen bei der Herstellung flexibler Schaltkreise sammeln zu können. Ich würde jedem Designer flexibler Schaltkreise empfehlen, die Gelegenheit zu einem Besuch bei seinem Hersteller zu nutzen, um die Unterschiede und Herausforderungen bei der Fertigung mit flexiblen Materialien wirklich zu verstehen. Ich halte es sogar auch für erfahrene Designer flexibler Schaltkreise für wichtig, an Industriekonferenzen wie dem AltiumLive-Event, IPC-Events, SMTA-Events usw. teilzunehmen. Die Technologie entwickelt sich rasant weiter, und je mehr wir über flexible Materialien wissen, desto besser können wir sie in unsere Entwürfe integrieren.

Warner:

Wenn Sie nach einem potenziellen Hersteller für flexible Schaltkreise suchen, woran können Sie einen fähigen Lieferanten erkennen?

Dunn:

Oberflächlich betrachtet sind viele dieser Dinge genauso wie die bei einem Lieferanten von starren Leiterplatten.  Es ist wichtig, sich das vorhandene Qualitätssystem, die Anlagen und Fähigkeiten sowie die Zertifizierungen anzusehen.  Ein wichtiger Faktor speziell für Flex und Rigid-Flex wäre, denke ich, der Prozentsatz von Flex und Rigid-Flex, den dieser Lieferant bereits fertigt.  Die Herstellung flexibler Materialien erfordert eine spezielle Verarbeitung und Handhabung.  Diese Expertise entwickelt sich erst mit der Zeit und sollte Teil des normalen Ablaufs sein.  Es ist auch wichtig, das vom Lieferanten angebotene technologische Niveau zu bewerten und sicherzustellen, dass es mit dem von Ihnen benötigten Niveau übereinstimmt.  Zum Beispiel gibt es Hersteller, die sich auf ein- und doppelseitige Flex-Designs spezialisiert haben, während andere auf blinde und vergrabene Durchkontaktierungen sowie Mikrodurchkontaktierungs-Technologie bei Flex und Rigid-Flex spezialisiert sind.  Sorgen Sie dafür, dass Sie den passendsten Hersteller für sich finden. Eine letzte wichtige Empfehlung für das Ausfindigmachen eines fähigen Lieferanten wäre ein Blick auf seine anwendungstechnische Erfahrung und seine Reaktionszeit. Während der Entwurfsphase gibt es oft Fragen und es ist wichtig, dass die Antworten schnell kommen und kompetent sind. 

Warner:

Haben Sie einen ähnlichen Rat, um zuverlässige Bestückungspartner zu finden?

Dunn:

Ich denke, dass hierbei die gleichen Dinge wie für das Finden eines leistungsfähigen Herstellers wichtig sind.  Bis vor einigen Jahren war es schwierig, einen Partner für die Bestückung zu finden, der sowohl die Bestückung von flexiblen als auch starr-flexiblen Schaltkreisen anbieten konnte.  Das ist heute schon wesentlich verbreiteter, und es ist wirklich empfehlenswert, das Erfahrungsniveau Ihres Partners für die Bestückung zu kennen und zu bewerten. 

Warner:

Was mögen Sie bei der Arbeit mit Flex- und Rigid-Flex-Leiterplatten am meisten und was am wenigsten?

Dunn:

Jemand hat mir einmal gesagt, dass die Grenzen für Flex-Designs wirklich nur durch unsere Vorstellungskraft bestimmt werden. Das ist mir immer in Erinnerung geblieben. Einer meiner Lieblingsaspekte bei der Arbeit mit Flex- und Rigid-Flex-Leiterplatten ist, wenn ich mit einem Entwickler beim Durchgehen von Flex-Mustern zusammensitze und dann der Moment der Erleuchtung kommt, in dem die Ideen zur Lösung des Gehäuseproblems zu fließen beginnen.

Ich bin mir nicht sicher, ob es etwas gibt, was ich an der Arbeit mit Flex- und Rigid-Flex-Leiterplatten nicht mag, aber wenn ich etwas nennen müsste, wäre es, dass sich das Verhalten der Materialien weniger gut vorhersagen lässt, als man es von starren Leiterplatten kennt. Hierdurch ist es schwieriger, die Leistungsfähigkeit des Designs vorherzusagen, bevor die ersten Teile geprüft wurden.  Ein Design kann schwieriger als erwartet zu fertigen sein oder es gibt eine unbekannte mechanische Spannung der Flex-Leiterplatte, die zur Rissbildung führt.  Der Entwicklungszyklus kann etwas länger dauern als bei einer starren Leiterplatte.  Dennoch kann man auch hier immer etwas dazulernen, da wir Probleme lösen und dieses Wissen auf alle künftigen Designs übertragen können.

Warner:

Wenn Sie Leiterplattenentwicklern nur einen entscheidenden Ratschlag zum Flex-Design geben könnten, welcher wäre das?

Dunn:

Ganz einfach: Arbeiten Sie ab einer möglichst frühen Phase des Designprozesses mit Ihrem Hersteller zusammen. Zum Beispiel hat jeder Hersteller bevorzugte Materialien, die Sie in Ihren Lagenaufbau integrieren sollten, um die Kosten niedrig zu halten und die Durchlaufzeiten zu verkürzen.  Darüber hinaus gibt es eine breite Palette von Fertigungsmöglichkeiten in der gesamten Branche.  Wenn Sie die Möglichkeiten Ihres Herstellers kennen und diese bei Ihrem Entwurf nutzen, können Sie ein Design mit der bestmöglichen Ausbeute erzielen.  Die Hersteller arbeiten tagtäglich mit Flex-Designs. Profitieren Sie von ihrem Wissen!

Warner:

Vielen Dank, Tara! Ich lerne jedes Mal etwas dazu, wenn wir uns unterhalten, und ich bin mir sicher, dass unsere Leser Ihre Erfahrungen zu schätzen wissen.

Dunn:

Ganz meinerseits, Judy! Danke für Ihre Zeit und Ihr Interesse.