Flexibles PCB-Design: Herausforderungen beim Design von Rigid-Flex-PCBs

Es besteht keine Zweifel daran, dass Wearable-Elektronik echte „Durchschlagskraft” besitzt. Der Markt für Wearables wird 2016 auf 30 Mrd. $ prognostiziert und soll bis 2026 auf 150 Mrd. $ wachsen [1]. Viele dieser Geräte sind ohne Rigid-Flex-PCBs einfach nicht denkbar. Das heißt, dass Ingenieure und PCB-Designer zu Experten beim flexiblen PCB-Design, Test und bei der Herstellung, in einer tragbaren und „faltbaren“ Welt, werden müssen.

Die bekanntesten Produkte sind vermutlich Smartwatches, welche mit Smartphones verbunden werden, und Fitness-Tracker, die ebenfalls am Handgelenk getragen werden. Aber neben diesen Konsumprodukten haben sich Wearables, vor allem bei Medizingeräten und militärischen Anwendungen, stark durchgesetzt. Inzwischen taucht bereits die erste intelligente Kleidung auf, bei der praktisch keine starren PCBs mehr verbaut werden können. Welche Voraussetzungen sind also für das erfolgreiche flexible PCB-Design und Rigid-Flex-PCBs zu erfüllen, um mit dem Markt Schritt zu halten?

Wearable-Technologie – das steht dem flexiblen PCB-Design bevor

Es versteht sich von selbst, dass ein Wearable-Produkt klein sein muss und praktisch vom Träger nicht bemerkt werden sollte. Bei medizinischen Wearables möchten die Anwender für gewöhnlich auch nicht, dass andere sie bemerken. Tragbare Geräte, die irgendwie am menschlichen Körper angebracht werden, benötigen biegsame Schaltungen und sehr dicht bestückte Layouts. Und nicht nur das: Oft sind die Leiterplatten rund, elliptisch oder vollkommen unregelmäßig geformt. Aus Sicht der Designer braucht es für diese Projekte eine kluge Platzierung und intelligentes Routing. Für derart kleine und dicht bestückte Platinen gestaltet sich die Handhabung unregelmäßiger Formen wesentlich leichter, wenn man über ein PCB-Tool verfügt, das für flexible PCB-Designs und Rigid-Flex-Designs optimiert ist.

Der Großteil der heute entwickelten PCBs besteht praktisch aus starren Platten, die zur Verbindung der Schaltungen dienen. Wearables aber stellen die flexiblen PCB-Designer vor viele Herausforderungen, welche bei starren Platinen nicht gegeben sind, darunter:

• Präzise Ausrichtung biegsamer Schaltungen und der darauf enthaltenen Bauteile, damit diese in ihr 3D-Gehäuse passen, ohne die Verbindungspunkte zu belasten.
• Design eines Lagenaufbaus, in den die starren und biegsamen Teile der Baugruppe integriert werden – so wie schließlich auch beim Endprodukt.
• Gestaltung der endgültigen Baugruppe aus starren und flexiblen PCB-Designs zur Einpassung in ein Produktgehäuse, ohne Belastungen durch das Biegen der flexiblen Schaltungen zu erzeugen.

Darüber hinaus brauchen Sie nach Abschluss des Designs natürlich auch die richtigen Rigid-Flex-Hersteller, was sich anders als bei den Herstellern für die üblichen, starren PCBs schwierig gestalten kann. Mit all diesen zusätzlichen Herausforderungen müssen Sie natürlich trotzdem die Integrität Ihrer Rigid-Flex-Designs gewährleisten und gleichzeitig die typischen Probleme vermeiden, die Ihnen bei den üblichen starren Platinen-Designs eher nicht begegnen werden.

So beherrschen Sie die Kunst des Rigid-Flex-PCB-Designs

Altium Designer^® bietet das reichhaltigste Toolset für die Arbeit mit Rigid-Flex-Designs. So können sie etwa  den Lagenaufbau definieren und 3D-Modelle erstellen. Auch Teardrops und Techniken zur Optimierung der Zuverlässigkeit lassen sich schnell und einfach realisieren. Zur vollständigen Übermittlung Ihrer Design-Intention können Sie Ihre Herstellungs-Ausgabedaten in den Formaten ODB++ und IPC-2581 speichern.

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