Wie Sie Ihr Starr-Flex PCB innerhalb der Leiterplattenumrandung aufbauen

Erinnern Sie sich noch daran, wie Sie sich als Kind in Ihren Malbüchern verloren haben? Ihre Mutter hat Ihnen wahrscheinlich gesagt, wie schön Ihre Bilder seien – und das trotz der Tatsache, dass Sie meist völlig ohne Beachtung der Linien drauf los malten. Aber auch wenn Ihre Mutter Ihre damaligen Kreationen für tatsächlich einmalig und speziell hielt, so sind Ihnen heutzutage leider weitaus engere Grenzen gesteckt. Bei der Platzierung Ihrer PCB-Design-Objekte müssen Sie zwingend innerhalb der Leiterplattenumrandung agieren. Dies gilt besonders für diejenigen unter Ihnen, die außergewöhnlich geformte Produkte mit Starr-Flex Designs entwickeln.

Als Designer wissen Sie, dass die derzeitige Nachfrage nach flexiblen PCBs zum Teil von der Branche der medizinischen Wearbales getrieben wird. Tragbare Geräte aus der Kategorie Internet der Dinge (IoT) werden von Gesundheitsexperten für die einfache Erhebung von physiologischen Daten genutzt, die wiederum bei Diagnostik, Forschung und der Berechnung persönlicher Gesundheitsparameter herangezogen werden. Dazu ändert die Technologie die Art und Weise, wie Menschen Fitness sehen, indem sie für eine positive Grundeinstellung sorgt. Wearables im medizinischen Bereich müssen elegant und kompakt sein sowie Bewegungsfreiheit gewährleisten. Dabei müssen sie in der Lage sein, medizinische Daten mithilfe von nur einigen wenigen (oder gar keinen), am Patienten angebrachten Leitungen zu sammeln. All dies schafft eine verstärkte Forderung nach flexiblen Leiterplatten. Während Sie versuchen, den Ihnen zur Verfügung stehenden Platz so gut es geht auszureizen, die richtigen Materialien zu verwenden und die Fläche zu reduzieren, kann es mehr als ärgerlich sein, wenn Sie sich plötzlich außerhalb der Leiterplattenumrandung wiederfinden (besonders beim Verwenden von unüblichen Leiterplattenformen).

Grundlegende Best Practices für einen ausreichenden Abstand zum Leiterplattenrand

Bevor Sie damit beginnen, Ihr Design speziell auf eine Starr-Flex Leiterplatte auszurichten, ist es wichtig, sicherzustellen, dass Ihr Fundament stimmig ist. Wenn Sie die folgenden bewährten Ansätze berücksichtigen, können Sie sich jede Menge Sorgen ersparen.

1. Kupfer vom Leiterplattenrand fern halten: Auf Leiterplatten sind oft große Kupferflächen oder Kupferstrukturen (z. B. für die Erdung oder die Stromversorgung) erforderlich. Kupfer nah an den Rändern der Leiterplatte zu platzieren birgt das Risiko von Kurzschlüssen an den Rändern der Lagen, wenn die Leiterplatte ausgeschnitten wird. Aufgrund dieser Problematik hat es sich als bewährt erwiesen, Kupfer mit einem Mindestabstand von 15 mil (~ 0,4 mm) von der angenommenen Kante zu platzieren. (Tipp: Polygonelemente und Kupferflächen können in Altium Designer verwendet werden.)
2. Versorgungslagen von den Rändern fern halten: Ein weitere bewährte Methode, die Sie im Rahmen Ihres Board-Designs beachten sollten, ist es, Versorgungslagen abseits der Ränder zu platzieren. Ansonsten besteht das Risiko, dass die Seiten durch Kontakt mit dem Gehäuse einen Kurzschluss verursachen.

Im Grunde genommen ist die Moral der Geschichte, sich von Anfang an von der Umrandung der Leiterplatte fernzuhalten. So laufen Sie nicht Gefahr, Zeit für eine erneute Überarbeitung Ihres Designs vergeuden zu müssen. Jedoch sind Sie nicht zu gänzlich im grünen Bereich, so lange Sie nicht die Art der von Ihnen genutzten Kanten berücksichtigen.

^{Bildquelle: Flickr-Nutzer body_pixel (CC BY 2.0)}

Unterstützte Kantenarten für Starr-Flex Designs

Die Arbeit mit einer Starr-Flex Leiterplatte bedeutet die Arbeit mit einer bestimmten Art von Kanten. Wenn Sie die Abstandprüfung für Ihre Umrandung durchführen, ist es wichtig, die folgenden Kantenarten im Hinterkopf zu behalten:

• Kante der Umrandung: Ein wichtiger Aspekt des Designs und der Herstellung von Leiterplatten ist eine eindeutige Kennzeichnung des Umrisses Ihres Boards, sodass der Hersteller genau weiß, wie die Leiterplatten ausgeschnitten werden sollen. Bei der Arbeit mit Starr-Flex Designs kann die Leiterplattengeometrie komplizierter als bei einfachen rechteckigen Formen werden. Dies macht eindeutige Umrisse besonders wichtig.
• Kante von Hohlräumen: Hohlräume auf Innenlagen können Raum für die Platzierung eines integrierten Schaltkreises im Leiterplattensubstrat schaffen. Solche Bauteile auf Innenlagen (Embedded Components) sind ein bevorzugtes Verfahren bei der Reduzierung der Produktgröße. Und wie wir bereits erwähnt haben, ist dies ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung von medizinischer Wearable-Technologie. Bei der Arbeit mit Bauteilen auf Innenlagen ist es für die Designer entscheidend, sich über die Kanten von Hohlräumen im Klaren zu sein.
• Kante von Aussparungen: Manchmal sind im Rahmen Ihrer Starr-Flex Designs Ausschnitte oder Ausfräsungen notwendig. Hierbei für eine eindeutige Definition der Kanten solcher Ausschnitte zu sorgen, ist ein wichtiger Design-Schritt.
• Kante als Barriere: Die Kante, welche durch eine Teilungslinie definiert wird. Teilungslinien sind für Multilayer-Designs zunehmend wichtig. Aufgrund seiner Flächeneffizienz ist der Multilayer-Ansatz beim Design von Leiterplatten gerade für das Segment der medizinischen Wearables vorteilhaft.
• Split Continuation: Auch als durchlässige Begrenzung bezeichnet. Wenn Sie sich mit Multilayer-Designs befassen, sollten Sie auch diese Kante im Hinterkopf behalten. Indem Sie den Abstandswert für eine Objektart auf null setzen, können Sie Altium Designer anweisen, dass die Überschreitung dieser Kantenart erlaubt ist.

^{Bildquelle: Flickr-Nutzer theglobalpanorama (CC BY 2.0)}

Die Nutzung von Altium Designer für Ihre Starr-Flex Leitplattenumrandung

Wahrscheinlich sind Sie dazu in der Lage, Ihr Design innerhalb der Umrandung Ihrer Leitplatte zu erstellen. Die richtige Software kann diese Aufgabe jedoch enorm erleichtern. Die Abstandsregel für Leitplattenumrisse (Board Outline Clearance Rule) in der Regelkategorie Manufacturing in Altium Designer wurde hinzugefügt, damit Designer genau festlegen können, wie nah Design-Objekte an den Kanten platziert werden dürfen.

Durch die Nutzung der Mindestabstandsmatrix (Minimum Clearance Matrix)  in Atium Designer können Abstände für verschiedene Objekte zueinander definiert werden. Die Alternative dazu ist es, einen einzigen Abstandswert für alle Objekt-zu-Kante-Konfigurationen auf Ihrer Leitplatte zu nutzen (was jedoch abhängig von Ihrem Design nicht immer angemessen sein mag).

Auch wenn Sie unscheinbar erscheinen mag, spielt die Kante eine entscheidende Rolle in Ihrem Konzept. Zollen Sie ihr Respekt und verletzten Sie mit Ihren Designs nicht ihr Territorium. Glücklicherweise hilft Ihnen die richtige PCB-Design-Software dabei, Zeit im Planungsprozess zu sparen, sodass Sie sich ohne Umwege an die Umsetzung machen können.