Starrflex Leiterplatten

1. Einleitung
Unter Starrflex-Leiterplatten versteht man Hybridsysteme, welche die Eigenschaften von starren und flexiblen Schaltungsträgern in einem Produkt vereinen. Ob in der Medizintechnik, Sensortechnik, Mechatronik oder in der instrumentellen Analytik – die Elektronik packt immer mehr Intelligenz in immer kleinere Räume, wobei die Packungsdichte auf immer neue Rekordmarken steigt. Mit Hilfe von flexiblen Leiterplatten und starr-flexiblen Leiterplatten eröffnen sich Elektronikern und Konstrukteuren gleichermaßen völlig neue Horizonte.

Einige Vorteile von Starrflex-Leiterplatten sind:
  • Gewichts- und Volumenreduktion
  • Definierte Eigenschaften der auf der Leiterplatte befindlichen Leitungssysteme (Impedanzen und Widerstände)
  • Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindungen durch Polungs- und Kontaktiersicherheit sowie Einsparung von
    Steck- und Leitungskomponenten
  • Dynamische und mechanische Belastbarkeit
  • 3-dimensionale Designfreiheit

=> Kostenersparnis für das Gesamtprodukt


2. Materialien
Flexibles Basismaterial:
Flexibles Basismaterial besteht aus einer ein- oder doppelseitig beschichteten flexiblen Trägerfolie aus Polyester oder Polyimid. CONTAG verwendet für Starrflex Leiterplatten ausschließlich Polyimidmaterialien. Zum Einsatz kommen, je nach Verwendungszweck, die Produkte Pyralux und Nikaflex der Firma DuPont und die kleberlosen Flexlaminate der Produktreihe FeliosFlex der Firma Panasonic.

Die Materialien unterscheiden sich neben der Polyimiddicke hauptsächlich durch ihre Klebersysteme (kleberlos bzw. auf Epoxyd- oder Acrylbasis) sowie durch die Kupferqualitäten. Für statische Biegebeanspruchung mit einer kleinen Anzahl an Biegezyklen (für Montage oder Wartung) ist ED-(electrodeposited) Material ausreichend, für dynamische Flexanwendungen müssen RA- (rolled annealed) Materialen verwendet werden.

Die Auswahl der Materialien für Starrflex-Leiterplatten erfolgt gemäß den produkt- und produktionsspezifischen Anforderungen, wobei die Datenblätter der verwendeten Materialien bei Bedarf angefordert werden können.

Klebersysteme für Starrflex-Leiterplatten:
Als Haftvermittler zwischen den flexiblen und starren Materialien kommen Systeme mit noch reaktionsfähigem Kleber auf Epoxyd- oder Acrylbasis zum Einsatz. Sie unterscheiden sich wie folgt:
  • Verbundfolien (beidseitig mit Kleber beschichtete Polyimidfolien)
  • Kleberfolien (auf Papierträger gegossene und mit Schutzfolie versehene Klebesysteme)
  • NoFlow-Prepregs (Glasgewebe/Epoxydharz-Prepreg mit sehr geringem Harzfluss)

CONTAG verwendet für Starrflex-Leiterplatten hauptsächlich NoFlow-Prepregs als Haftvermittler.


3. Eigenschaften flexibler Materialien
Flexible Materialien unterscheiden sich gegenüber starren Basismaterialien in ihren wesentlichen Eigenschaften, die zu beachten sind:
  • Starke Abnahme der Kupferhaftung bei erhöhter Temperatur (z. B. beim Lötprozess)
  • Erhöhte Wasseraufnahme
  • Um bis zu Faktor 10 größere Dimensionsänderungen bei den einzelnen Fertigungsstufen, insbesondere bei Nassprozessen



4. Layoutrichtlinien für Starrflex-Leiterplatten
Aus den oben genannten Unterschieden ist für das Layout und den Einsatz von flexiblen Leiterplatten Folgendes abzuleiten:
  • Der Biegeradius beträgt ca. 6 x Flexmaterialdicke bei einseitigen Flexlagen bzw. ca.
    12 x Flexmaterialdicke bei doppelseitigen Flexlagen
  • Leiterbahnbreiten und -abstände im Flexbereich so groß wie möglich wählen
  • Der Biegebereich sollte parallele, gleichbreite Leiterbahnen mit gleichem Isolationswiderstand haben, die senkrecht zur Biegelinie verlaufen
  • Die Übergänge von breiten zu schmalen Leiterzügen sollten nicht scharf, sondern kontinuierlich verjüngt gestaltet werden
  • Der Übergang von breiten zu schmalen Leiterzügen im 90°-Winkel sollte über möglichst große Radien realisiert werden
  • Wenn möglich, große, aufgerasterte Cu-Flächen im Layout vorsehen
  • Die Leiterbahnen auf doppelseitigen flexiblen Teilen sollten symmetrisch versetzt sein
  • Lötflächen so groß wie möglich wählen, Lötaugendurchmesser mindestens zweimal größer als den Lochdurchmesser wählen
  • Leiterbahnanbindungen an Lötaugen tropfenförmig und abgerundet ausführen
  • Nicht-fotostrukturierte Deckfolienöffnungen umlaufend ca. 1mm größer dimensionieren
  • Grundsätzlich fließende (runde) Fräsübergänge vorsehen
  • An den Sollbiegestellen für flexible Ausleger zusätzliche Kupferbahnen als Einreißschutz vorsehen
  • Partielle mechanische Verstärkungen in Steck- oder Bestückungsbereichen können mit Folie (Stärke: 100µm-150µm) oder FR4 (Stärke beliebig) realisiert werden



5. Aufbauvarianten
CONTAG fertigt Starrflex-Leiterplatten mit flexiblen Außen- und Innenlagen.


6. Verarbeitungshinweise
Starrflex-Leiterplatten können prinzipiell ohne Einschränkungen mit den bekannten Parametern für starre Leiterplatten gelötet werden.

Da Polyimidfolien jedoch sehr hygroskopisch sind, ist ein Tempern vor dem eigentlichen Lötprozess unabdingbar. Wird dies nicht durchgeführt, kann es zu Delaminationen, Blasenbildung oder Hülsenabrissen beim Lötprozess kommen.

Wir empfehlen für Starrflex Leiterplatten eine Temperdauer von ca. 4h bei 120°C und eine unmittelbare Weiterverarbeitung (<8h) nach dem Trocknen.

Bei der Konstruktion von Starrflex-Leiterplatten ist eine große Vielfalt bzgl. des Aufbaus und der verwendeten Materialien möglich.

Für weitergehende technologische Fragen rund um das Thema Starrflex-Leiterplatten wenden Sie sich bitte an unser CONTAG-Team (Tel. 030 / 351 788 – 0 oder team@contag.de).

Ausgabestand: G

 

Ihr persönlicher Ansprechpartner

Uwe Sydow
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