Die speziellen Herausforderungen von Rigid-Flex-Designs in puncto strukturelle Integrität

Seit der Entwicklung der Rigid-Flex-Technologie sind wir in der Lage, mehr Komponenten in kleineren Formfaktoren unterzubringen. Außerdem bieten Rigid-Flex-Designs im Vergleich zu konventionellen starren Designs Vorteile in Bezug auf Gewicht und Zuverlässigkeit. Ich könnte diesen Blogbeitrag ausschließlich mit den vielen Pluspunkten von Rigid-Flex füllen, will mir das jedoch für eine andere Gelegenheit aufsparen. Stattdessen möchte ich mich heute einem der Aspekte widmen, die Sie beim Design von Rigid-Flex-PCBs beachten sollten: den besonderen Herausforderungen in puncto Routing. Wenn Sie sich zusätzlich über die anderen mit einem Rigid-Flex-Designprojekt verbundenen Herausforderungen informieren möchten, würde ich Ihnen dringend empfehlen, unser Whitepaper zum Thema zu lesen.

Routing der flexiblen Segmente

In Bezug auf das Routing der flexiblen Segmente Ihres PCBs sind verschiedene zusätzliche Gesichtspunkte zu beachten, die sämtlich mit der Tatsache zusammenhängen, dass die flexiblen Teile eines Rigid-Flex-Designs – anders als starre Leiterplatten – bewegt oder verformt werden.

Beispielsweise werden in der IPC-Fachbereichsrichtlinie für das Design flexibler Leiterplatten (IPC 2223C) drei Arten von Biegeanforderungen an flexible PCBs und darauf aufbauend drei Anwendungsbereiche mit jeweils spezifischen Beschränkungen unterschieden:

• Flex to Install (Biegung zur Montage)

• Dynamic Flex (Dynamische Biegung)

• One Time Crease (Einmalige Faltung)

Jede dieser drei Kategorien enthält Minimalspezifikationen für Flex- und Rigid-Flex-Designs. Dabei werden die mindestens erforderlichen Biegeeigenschaften in Abhängigkeit von der Verformung der Kupferbahnen festgelegt und als Vielfaches der Dicke bzw. der Schichtenanzahl der fertigen Flexleiterplatte angegeben.

Für Sie als PCB-Designer bedeutet das, dass Sie nicht nur elektrische, sondern auch mechanische Rahmenbedingungen berücksichtigen müssen. Insbesondere müssen Sie sich über Brüche und Risse in Ihren Kupferbahnen Gedanken machen und die daraus resultierenden Einschränkungen und Möglichkeiten im Blick behalten.

So kann Ihr Rigid-Flex-Design beispielsweise Durchkontaktierungen aufweisen, doch sollten diese wegen der zusätzlichen Belastung der Leiterbahnen nicht in den flexiblen Bereichen angesiedelt sein. Aus dem gleichen Grund ist es erforderlich, die Anschlussflächen der Durchkontaktierungen als Teardrops zu gestalten.

Und wenn sich die Breite Ihrer Leiterbahnen ändert, sollten Sie diesen Übergang unbedingt sanft gestalten und nicht als abrupte Verjüngung. Denn wo immer Leiterbahnen in Löt- oder Kontaktflächen übergehen, entstehen potenzielle Schwachstellen mit einer Anfälligkeit zur langfristigen Materialermüdung – insbesondere bei parallelem Verlauf wie in dem unten dargestellten Endstück einer flexiblen Leiterplatte. Diese Notwendigkeit zur graduellen Verjüngung der Leiterbahnen entfällt nur dann, wenn Versteifungen hinzugefügt werden oder es sich um ein Design zur einmaligen Faltung handelt.