Weit mehr als nur ein teurer Exot

Freudenberg Mektec Europa GmbH, Weinheim

Grundsätzlich unterscheiden sich Anzahl und Folge der Prozessschritte zur Herstellung von starren und flexiblen Leiterplatten nicht. Die Unterschiede bei der Umsetzung in den realen Produktionsprozess ergeben sich aus den Anforderungen, die die Verarbeitung einer dünnen, wenig biegesteifen Folie stellt. Um Beschädigungen des Materials zu verhindern, wird ein anderes Transportsystem in den Horizontalanlagen als bei starren Leiterplatten benötigt. Im Verhältnis zu flexiblem Basismaterial müssen Dünnstlaminate als steife Substrate angesehen werden. Die geringe Biegesteifigkeit flexibler Folien erschwert deren automatische Handhabung. Zur Umgehung dieser Probleme wird einseitiges Flexmaterial von Rolle zu Rolle verarbeitet. Durch den höheren Ätzschrumpf der Basismaterialien für flexible Leiterplatten ist die bearbeitete Nutzengröße kleiner als bei den starren. Bei Freudenberg Mektec Europa beträgt die maximale Nutzenbreite 250 mm.

Für die FPC erschließt sich neben der Realisierung elektronischer Schaltungen auf kleinstem Raum gleichzeitig neue Einsatzbereiche in der Aufbau- und Verbindungstechnik durch Systemintegration und Komplettverdrahtung elektronischer Baugruppen. Damit wird sie künftig zu einem aktiven dreidimensionalen Bauteilträger, der die Verbindungskomponente beinhaltet.

1. Flexible Leiterplatte mit Versteifung zur Substitution von Starr-Flex-Schaltungen:

Viele Starr-Flex-Applikationen lassen sich produktiver und preisgünstiger durch flexible Lösungen ersetzen. Im Fall der Baugruppe Treiberchip für LCD-Display konnte die ursprünglich verwendete Starr-Flex-Schaltung durch geringe Änderungen auf eine doppelseitige flexible Schaltung umgestellt werden. Im Bestückungsbereich wurde der flexible Teil durch eine Versteifung unterstützt. Neben besseren Produkteigenschaften konnten kostenseitig Einsparpotenziale erreicht werden.

2. Flexible Schaltungsträger als Konstruktionselement:

Eine Aluminiumplatte trennt in einem Automatikgetriebe unterschiedliche Bauräume voneinander und gleichzeitig dient sie dazu, die bisher außerhalb des Getriebes befindliche elektronische Steuerung, als Träger aufzunehmen. Die dazu auf die Trägerplatte auflaminierte flexible Schaltung stellt auch die Verdrahtung zu den Funktionseinheiten des Getriebes dar. Die flexible Schaltung ist im Anwendungsfall vollständig von Getriebeöl umgeben und arbeitet in einem Temperaturbereich bis 150°C. Durch diese Systemlösung war es möglich, ein bisher eingesetztes Stanzgitter zu ersetzen und die Trennung von Elektronik und Funktionseinheiten im Getriebe zu eliminieren.

3. Kombination flexibler Schaltungsträger mit Dichtungskomponenten:

Für eine Anwendung im Automotivbereich dient eine flexible Schaltung als Bauteilträger für einen Drehwinkelsensor und als Verdrahtung zur Steuerelektronik. Durch Umspritzen der flexiblen Schaltungen mit einem Elastomer ist die Verdrahtung integrierter Bestandteil der Baugruppenabdichtung. Signalerfassung, Signalübertragung, Dichten werden damit durch ein Bauteil erfüllt.

4. Flexible Schaltungsträger in der Datentechnik:

In diesem Bereich haben sich flexible Schaltungen in vielen Applikationen etabliert. Beim Anwendungsfall für eine Zugangsprüfung dient eine flexible Schaltung als Bestückungsträger für einen Fingerprintsensor und als Verdrahtung zur Auswerteelektronik. In ein Fenster der flexiblen Schaltung wird ein Nacktchip eingesetzt, mit einer Versteifung verklebt und vergossen. Als Verbindungstechnologie werden Drahtbonden und SMD-Bestückung angewendet, die Kontaktierung wird über eine integrierte Steckerleiste gewährleistet.

5. Flexible Schaltungsträger in der Telekommunikation:

In einer Anwendung dieses Bereichs wird eine flexible einseitige Schaltung als Tastaturfeld eingesetzt, gleichzeitig erfolgt über die flexible Leiterplatte die Verbindung zum Display über einen beweglichen Scharnierbereich. Weitere Schnittstellen zu Gerätekomponenten werden gewährleistet. Als Besonderheiten dieser Anwendung zählt ein Silberpastendruck als 2. Verdrahtungsebene auf der Oberseite und die Kombination von verschiedenen Versteifungsmaterialien. Diese Applikation ist platzsparend, kostengünstig und realisiert eine dreidimensionale Verbindungstechnik.

Alle in der Leiterplattentechnik angewandten Technologien sind auch durch flexible Schaltungen anwendbar. Der überwiegende Teil der produzierten flexiblen Schaltungen wird in Subtraktivtechnik hergestellt. Mit dieser Technologie werden künftig Strukturen bis zu einem Pitch von 40 µm möglich sein. Eine flexible Schaltung kann mehr als nur Verbindungselement zwischen zwei Schaltungsträgern sein. Es bieten sich komplexe dreidimensionale Verdrahtungen an, die in einer Ebene mit herkömmlichen Bestückungstechnologien zu verarbeiten und in Geräten komplex montierbar sind. Durch den Einsatz flexibler Schaltungsträger lassen sich Kosteneffizienz und mehr Funktionalität realisieren.