Innovative Starr-flex-Leiterplatten traschu Leiterplatten, Oldenburg

Straschu Leiterplatten produziert neben ein- und doppelseitigen Leiterplatten, Multilayern, starr-flexiblen und flexiblen Leiterplatten auch LongFlex- und HDI-Technik (High Density Interconnection). Alle Leiterplatten werden unter Reinraumbedingungen in einer klimatisierten und rechnergesteuerten Produktion gefertigt. Das zur Fertigung eingesetzte Wasser wird über eine vollautomatische Abwasser- und Abluftaufbereitungsanlage ohne Rückstände dem Abwassernetz zugeführt. Bei den Flex- und Starr-flex-Leiterplatten werden folgende Schaltungsarten unterschieden:

Ein entscheidendes Kriterium bei diesen Leiterplatten besteht in der Materialauswahl, die entscheidenden Einfluss auf die Zuverlässigkeit von Schaltungen hat. Für dauerdynamische Beanspruchung wird RA-Kupfer (Walzkupfer) in verschiedenen Grundkaschierungsstärken wie beispielsweise 18 µm, 35 µm und 70 µm eingesetzt. Für extreme Biegewechselbeanspruchbarkeit sind neben der Walzrichtung des Kupfers auch Schaltungsdicke und Biegeradius entscheidend.

ED Kupfer (elektrolytisch abgeschieden) findet auf allen „starren Lagen“ wie zum Beispiel dem FR4-Träger seinen Einsatz. Da die Duktilität nur bei 3 bis 8% liegt, ist es nicht für eine Biegewechselbeanspruchbarkeit geeignet. Auch sollte vermieden werden, dass auf dem RA-Kupfer galvanisches Kupfer abgeschieden wird, da sonst die Flexibilität des RA-Kupfers beeinträchtigt werden kann und die Gefahr von Leiterbahnbrüchen besteht.

Die Schaltungsstärke im flexiblen Bereich wird durch Materialien und Lagenaufbau bestimmt. Hier werden Polymid mit Acrylklebesystem, Polymid mit Epoxi-Klebesystem sowie kleberloses Polymid verwendet. Das Unternehmen selbst setzt vorzugsweise ein kleberloses Laminat ein, da es in Bezug auf niedrige Z-Achsen-Ausdehnung der Starr-flex-Leiterplatte Vorteile bietet. Das kleberlose Laminat liegt bei der Feuchtigkeitsaufnahme mit ca. 0,8% gegenüber dem Material mit Acryl-Klebesystem (ca. 1,3%) deutlich vorn. Die Brennbarkeitsklasse entspricht dabei UL 94 V0. Bei der Deckfolie kann auf Kleber jedoch nicht verzichtet werden. Die Deckfolie dient zur Abdeckung der Flex-Leiterbahnen und kann auch als Lötstoppmasken-Ersatz verwendet werden. Um nun die flexiblen Lagen der Starr-flex-Leiterplatte mit dem FR4 zu verbinden, wird ein Klebesystem benötigt, wo nach Möglichkeit ein No-Flow-Prepreg eingesetzt wird. Hier liegen die Vorteile in der geringen Wasseraufnahme von ca. 0,1% und der geringeren Z-Achsen-Ausdehnung. Das No-Flow-Prepreg erfüllt ebenfalls Brennbarkeitsklasse UL 94 V0.

Erfahrungsgemäß sollten alle am Entstehungsprozess der Baugruppe Beteiligten frühzeitig einbezogen werden, damit ein für die Anwendung sicheres Produkt entwickelt wird. Die zu berücksichtigenden Layoutkriterien sind in einer Starrr-flex-Richtlinie festgeschrieben. Diese wird den Kunden zur Verfügung gestellt.

Das Layout des Kunden wird in der Arbeitsvorbereitung (CAM) nochmals anhand interner Vorgaben und der Starr-flex-Richtlinie überprüft. Bei den Multilayer-Schaltungen werden die einzelnen Lagen zur Deckung gebracht, es erfolgt ein Design-Hole-Check, das Bohr- und Fräsprogramm wird zugeordnet und dann komplett in einem Fertigungsnutzen platziert. Fräsprogramme für die partielle Deckfolie, das Tiefenfräsen der „FR4-Deckel“, das Vorfräsen im Deckelbereich, das „FR4-Deckel-Öffnen“, die Verbundmaterialien und für die Hilfsschablonen um beispielsweise partiell aufzubringende Deckfolie zu positionieren, müssen erstellt werden. Die Prüfprogramme für die Automatische Optische Inspektion und die elektrische Prüfung werden im Fertigungsprozess erstellt. Es folgt die parallele Produktion der Bestandteile der starr-flexiblen Schaltungen. Die Flexlagen werden wie Multilayer-Innenlagen produziert, anschließend jedoch mit einer durchgängigen oder partiellen Deckfolie verpresst. FR-Deckel und Flex-Material werden durch FR4-No-Flow-Prepreg verbunden. Alle Materialien werden unter Reinraumbedingungen zusammengeführt und unter Vakuum verpresst. Nach Vermessung der Starr-flex-Leiterplatte mittels Röntgenregistrierung wird das Bohrbild eingebracht, die Bohrlochreinigung folgt mittels Plasma-Glas. Nach der Kupferabscheidung (DK-Schicht) wird ein Resist aufgebracht, in dem das Leiterbild entwickelt wird. In den entstehenden Resist-Kanälen wird nochmals Kupfer abgeschieden, so dass die Endschichtdicke im Bohrloch mindestens 25 µm Kupfer beträgt. Nach Strippen des Resistes wird das Leiterbild geätzt und anschließend der AOI unterzogen, bevor der Lötstopp-Lack appliziert wird. Unsymmetrische Aufbauten erfordern gegebenenfalls den Einsatz von Flexlack oder einer Kombination aus partieller Deckfolie im Flexteil und Standard-Lötstopplack im starren Teil. Dann wird die lötbare Oberfläche aufgebracht, wie z.B. chem. Zinn, chem. Nickel-Gold oder HAL. Da es sich beim HAL-Prozess um einen Tauchvorgang in flüssiges Bleizinn oder bleifreies Lot handelt, ist ein Trocknen der Fertigungsnutzen oder Leiterplatten vor diesem Prozess zwingend notwendig, denn sonst würde Delamination durch Dampfdruck im Starr-flex-Verbund oder im Deckfolienbereich entstehen. Eine weitere Trocknungsphase findet vor der Bestückung statt. Bei chemischen Oberflächen wird die Leiterplatte im Bestückungsprozess erstmals gestresst. Die Konturenbearbeitung wie Öffnen der Deckel und Erstellen der Außenkontur ist einer der letzten Arbeitsschritte, bevor die Leiterplatte in die elektrische Prüfung geht. Von jeder Flex- und Starr-flex-Leiterplatte wird eine Schliffbilduntersuchung gemacht und durch einen Tauchtest von 10 s bei 288° nachgewiesen, dass die Leiterplatte dem Stress der Weiterverarbeitung standhält. Vor der Auslieferung erfolgt eine umfassende Endkontrolle.

Komplexere Schaltungen können in vielen Varianten und mit mehr als 15 Lagen produziert werden. Die einzelnen Lagen sind im flexiblen Teil miteinander verklebt oder separiert. Ein Verkleben führt zu höherer Steifigkeit. Auch die Sacklochtechnik ist in Verbindung mit Starr-flex-Leiterplatten realisierbar. Für hoch beanspruchte Leiterplatten ist es von Vorteil, im Übergang starr-flex die Hohlkehle mit einem speziell eingestelltem Harz zu verfüllen, wodurch sich die Zuverlässigkeit erhöht.

Zu den Starr-flex-Leiterplatten auf Polymid-Basis im Flexteil gibt es alternative Materialien, die auf Glasgewebe aufbauen und preisgünstiger sind, jedoch technisch mit einigen Einschränkungen versehen. Das Glasgewebe neigt bei Biegebeanspruchung zum Bruch. Durch die hohen Anforderungen auf Lagetoleranzen wird bei Flexschaltungen die Kontur mittels Laserschneidtechnik erstellt. Für spezielle Kundenanforderungen wurden Kontur-Radien von 125 µm mit Abständen vom Leiterbild zur Kontur von weniger als 30 µm erstellt. Dies ist wichtig bei flexiblen Leiterplatten, die direkt in Stecker eingeführt werden. Speziell bei lasergeschnittenen Konturen sind im Bereich von 90°-Winkeln Radien zwecks Einreißschutz vorzusehen. Eine besondere Art der Starr-flex-Leiterplatte ist die LongFlex, die durch eine Falttechnik größere Distanzen zwischen Anschlusspunkten überbrückt. Eine Schaltung von 3,40 m Länge wurde realisiert.

EPP 417