In diesem Artikel werden die starren Flex-Leiterplatten, die Vorteile ihrer Verwendung und die Regeln für das Design für eine Anwendung beschrieben.

Was ist eine starre Flex-Leiterplatte?

Mit einer starrflexiblen Leiterplatte werden flexible Schaltungsträger und starre Schaltungsträger miteinander laminiert.   Starrflexible Leiterplatten überschreiten die Grenzen herkömmlicher starrer Leiterplatten und die einzigartigen Eigenschaften flexibler Schaltungen, bei denen hochleitfähige galvanisch abgeschiedene oder gerollte Kupferleiter auf einem flexiblen Isolierfilm geätzt werden.  

Flex-Schaltkreise umfassen Aufbauten aus einem flexiblen Polyimid wie Kapton oder Norton und Kupfer, die durch Wärme, Acrylkleber und Druck miteinander laminiert werden.

Wie bei herkömmlichen Leiterplatten können Sie Komponenten auf beiden Seiten der starren Platine montieren. Aufgrund der Integration, die zwischen starren und flexiblen Schaltungen erfolgt, werden bei einer starren flexiblen Konstruktion keine Verbinder oder Verbindungskabel zwischen den Abschnitten verwendet. Stattdessen verbinden die flexiblen Schaltungen das System elektrisch miteinander.

Das Fehlen von Steckverbindern und Verbindungskabeln bewirkt mehrere Dinge:

Verbessert die Fähigkeit der Schaltung, Signale verlustfrei zu übertragen

Für kontrollierte Impedanz

Beseitigt Verbindungsprobleme wie kalte Fugen

Reduziert das Gewicht

Gibt Platz für andere Komponenten frei2,4,6

Jede starrflexible Leiterplatte ist in Zonen mit unterschiedlichen Materialien und unterschiedlichen Schichtzahlen unterteilt. Starre Zonen können mehr Schichten als flexible Zonen aufweisen, und Materialien verschieben sich in Übergangszonen von FR-4 zu Polyimid.

Komplexe Konstruktionen wechseln oft mehrmals von starr zu biegen und zurück zu starr. Wenn diese Schnittpunkte auftreten, erfordert die Überlappung von Starrflex-Materialien das Halten von Löchern von der Übergangszone, um die Integrität aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus umfassen viele Starrflex-Konstruktionen Edelstahl- oder Aluminium-Versteifungen, die eine zusätzliche Unterstützung für Steckverbinder und Komponenten bieten.1

Weitere Informationen zu flexiblen Leiterplatten finden Sie in unserem Artikel über flexible und starrflexible Leiterplatten für   Projekt   Design.

Für das Rigid-Flex-PCB-Design gelten andere Design-Regeln

Unterschiedliche Herausforderungen kompensieren die Vielseitigkeit und Flexibilität, mit der Sie dreidimensionale Konstruktionen und Produkte erstellen können. Bei herkömmlichen, starrflexiblen Leiterplattenkonstruktionen konnten Sie Komponenten, Steckverbinder und das Chassis für Ihr Produkt am physisch festeren, steifen Teil der Baugruppe montieren. In Bezug auf traditionelle Konstruktionen diente die flexible Schaltung wiederum nur als Verbindung, während sie die Masse senkte und die Vibrationsfestigkeit verbesserte.  

Neue Produktdesigns in Verbindung mit verbesserten Flex-Circuit-Technologien haben neue Designregeln für starren Flex-Leiterplatten eingeführt. Ihr Designteam hat jetzt die Freiheit, Komponenten auf dem flexiblen Schaltungsbereich zu platzieren. Wenn Sie diese Freiheit mit einem mehrschichtigen Ansatz für das Starrflex-Design kombinieren, können Sie und Ihr Team mehr Schaltungen in das Design integrieren. Die Erlangung dieser Freiheit bringt jedoch einige Herausforderungen hinsichtlich der Streckenführung und Bohrungen mit sich.  

Flexible Schaltungen haben immer Biegelinien, die das Routing beeinflussen. Aufgrund der möglichen Materialbelastung können Sie keine Komponenten oder Durchkontaktierungen in der Nähe der Biegelinie platzieren.  

Und selbst wenn die Komponenten richtig positioniert sind, werden durch die Biegung der flexiblen Schaltkreise immer wieder mechanische Beanspruchungen an den Oberflächenbefestigungspads und Durchgangslöchern verursacht. Ihr Team kann diese Beanspruchungen reduzieren, indem Sie Durchkontaktierungen verwenden und die Polsterunterstützung mit zusätzlicher Deckschicht verstärken, um die Polster zu verankern

Befolgen Sie beim Entwerfen des Ablaufverfolgungsroutings die Vorgehensweisen, die die Belastung Ihrer Schaltungen reduzieren. Verwenden Sie schraffierte Polygone, um die Flexibilität beim Tragen einer Leistungs- oder Massefläche auf Ihrem flexiblen Schaltkreis aufrechtzuerhalten. Sie sollten gekrümmte Linien anstelle von 90 ° verwenden   oder 45 ° -Winkel und verwenden Sie Tropfenmuster, um die Spurweiten zu ändern.

Diese Praktiken reduzieren Stresspunkte und Schwachstellen. Ein anderes bewährtes Verfahren verteilt die Belastung auf Leiterbahnen, indem die oberen und unteren Leiterbahnen für doppelseitige flexible Schaltungen versetzt werden. Das Versetzen der Leiterbahnen verhindert, dass sich die Leiterbahnen in der gleichen Richtung übereinander legen und die Leiterplatte verstärkt.

Sie sollten auch Spuren senkrecht zur Biegelinie leiten, um die Belastung zu reduzieren. Wenn Sie von starr zu flex und zurück zu starr wechseln, kann sich die Anzahl der Schichten von einem Medium zum anderen unterscheiden. Sie können das Trace-Routing verwenden, um dem flexiblen Schaltkreis Steifigkeit zu verleihen, indem Sie das Routing für benachbarte Layer verschieben

Elektromechanische Faktoren beeinflussen das Design

Denken Sie bei der Konstruktion von starrflexiblen Leiterplatten an elektromechanische Faktoren, die sowohl die Flex-Schaltung als auch die starre Platine beeinflussen. Konzentrieren Sie sich beim Erstellen Ihres Designs auf das Verhältnis von Biegeradius zu Dicke. Bei flexiblen Schaltungen erhöhen enge Biegungen oder eine größere Dicke im Biegungsbereich die Ausfallwahrscheinlichkeit. Verarbeiter empfehlen, den Biegeradius auf mindestens dem Zehnfachen der Dicke des Flex-Circuit-Materials zu halten und eine "Papierpuppe" des Circuits zu bauen, um festzustellen, wo Biegungen auftreten.3.6

Vermeiden Sie es, den flexiblen Stromkreis entlang seiner äußeren Biegung zu dehnen oder entlang der inneren Biegung zu komprimieren. Durch Erhöhen des Biegungswinkels über 90 ° werden die Dehnung an einem Punkt und die Kompression an einem anderen Punkt der Flex-Schaltung erhöht.

Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Zuverlässigkeit von Starrflexibilität ist die Dicke und der Typ des Leiters im Biegungsbereich. Sie können die Dicke und die mechanische Beanspruchung verringern, indem Sie die Anzahl der Beschichtungen auf den Leitern reduzieren und nur Pads verwenden. Die Verwendung von schwerem Kupfer-, Gold- oder Nickelüberzug verringert die Flexibilität in der Biegung und ermöglicht das Auftreten von mechanischen Spannungen und Brüchen.

Rigid-Flex-Leiterplatten-Design erfordert Teamwork

Mit den neuen PCB-Design-Tools kann Ihr Designteam mehrere Layer-Stapel verwalten, elektromechanische 3D-Entwürfe visualisieren, Konstruktionsregeln überprüfen und den Betrieb von flexiblen Schaltungen simulieren. Selbst mit diesen Tools in der Hand hängt das erfolgreiche Design einer starrflexiblen Leiterplatte von der Teamarbeit zwischen Ihrem Team und den Verarbeitern ab.

Die Teamarbeit muss in den frühesten Phasen des Projekts beginnen und während des gesamten Entwurfsprozesses fortgeführt werden, wobei eine konsistente Kommunikation erforderlich ist