Starr/Flex-Schaltungen finden in der Elektronik da ihre Einsatzgebiete, wo akuter Platzmangel herrscht und jeder Kubikzentimeter Raum ausgenutzt werden muss, die Gehäuseform den Einsatz rein starrer Leiterplatten nicht zulässt oder Steckverbinder nicht die nötige Kontaktsicherheit bieten. Sollen sie ihre Aufgabe zuverlässig erfüllen, müssen beim Design einige grundlegende Dinge beachtet werden.
HMP Heidenhain Microprint, Berlin
Die Kombination aus einer starren Leiterplatte mit einer flexiblen Schaltung vereint zwei Fertigungsabläufe zu einer Technik. Mit solchen Leiterplatten können kompakte, komplexe und raumsparende Aufbauten realisiert werden. Leitungsverbinder werden eingespart, die eingesetzten Materialien gewährleisten laut Hersteller je nach Anforderung mehr als eine Million Dauerbiegebelastungen. Die Basis solcher Leiterplatten sind ein- oder doppelseitig kupferkaschierte Flexmaterialien wie Polyimid oder Polyester. Dabei verbindet ein Klebesystem die starren und die flexiblen Lagen. Zum Einsatz kommen hier reine Kleber auf Acryl- oder Epoxidharzbasis, kleberbeschichtete Verbundfolien oder No-Flow-Prepregs. Zum Schutz des Layouts können Flexlack oder Folien, sogenannte Coverlays, verwendet werden. Um die vollen Gebrauchseigenschaften zu erreichen, spielt die Layout-Gestaltung bei der Konstruktion von Starr/Flex-Schaltungen eine wesentliche Rolle. So nimmt bei erhöhter Temperatur (beispielsweise während des Lötprozesses) die Kupferhaftung bei flexiblem Material stark ab. Die Dimensionsänderung während der Fertigungsprozesse ist bei Flexmaterialien etwa um den Faktor zehn höher als bei starrem Basismaterial, auch verzeichnen flexible Basismaterialien eine höhere Aufnahme von Wasser. Aus diesen Unterschieden resultieren folgende Vorgaben:
•Die abnehmende Haftung bei Verarbeitungsprozessen mit höherer Temperatur muss durch angepasste Parameter und einem entsprechenden Layout ausgeglichen werden (beispielsweise durch Vergrößern der Lötaugenfläche)
•Die um den Faktor zehn höhere Dimensionsveränderung bei flexiblen Materialien erfordert höhere Toleranzen für das Endprodukt. Ein Erhöhen der Kupferflächen auf dem flexiblen Träger wirkt dem Schrumpfen entgegen
•Bei Biegebeanspruchung treten im Kupferleiter Druck- und Zugkräfte auf. Sie sind um so größer, je kleiner der Biegeradius und je größer der Abstand des Leiters von der neutralen Phase ist. Ideal ist ein einlagiger flexiber Bereich, bei dem Basismaterial und Abdeckung des Leiters die gleiche Dicke haben
•Leiterbahnabknickungen und scharfkantige Leiterbahnverjüngungen führen zur Einschränkung der Biegebelastbarleit und sind zu vermeiden
•In der Biegezone sollten die Leiter immer senkrecht zur Biegelinie verlaufen, besonders beim Übergang von starren auf den flexiblen Bereich
•Der flexible Bereich sollte parallele, gleichbreite Leiterbahnen mit gleichem Isolationsabstand haben und die Leiterbahnbreite so groß wie möglich sein
•Die Leiter auf Vorder- und Rückseite eines doppelseitigen Flexteils sollten symmetrisch versetzt sein
Starr/flexible Schaltungen lassen sich in unsymmetrische und symmetrische Aufbauvarianten unterteilen. Abdeckung und Schutz der flexiblen Lage können wahlweise durch flexiblen Lötstopplack, fotostrukturierbare Folie oder eine mechanisch zu strukturierende Polyimidfolie realisiert werden. Mögliche Finish-Oberflächen sind Hot-Air-Leveling, Chemisch-Nickel/Gold, Kupferpassivierung und Chemisch-Zinn. HMP stellt nun auch serienmäßig Starr/Flex-Schaltungen her. Dieses Produkt wird bei dem Hersteller über zertifizierte, sicher geführte Prozesse gefertigt. Neben der Prozesskontrolle erfolgen Zuverlässigkeitsprüfungen gemäß den geltenden IPC- und DIN-Standards am fertigen Produkt.
EPP 169
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