Um mehrere Funktionen elektronischer Geräte zu realisieren, wird das Leiterbahn-Layout von Leiterplatten (Printed Circuit Boards, PCB) mit der steigenden I/O-Dichte der Bauteile immer dichter. Dies führt dazu, dass die Anzahl der Aufbau-Lagen der Leiterplatte von einer Lage über zwei Lagen auf drei Lagen oder sogar mehr ansteigt, was auf die zunehmende Verbindungdichte und die Verkleinerung des Pitch zurückzuführen ist. Um feine Leiterbahnen und geringen Pitch zu vermeiden, wurde die gestapelte Via-Technologie unter Verwendung von galvanisch gefüllten Microvias entwickelt. Alle gestapelten Via-Technologien verschaffen PCB-Designern einen deutlich größeren Freiheitsgrad hinsichtlich der Bauteilanordnung mit feinem Pitch und optimalen Aufbau-Lagen. Um die bestmöglichen Fertigungsmöglichkeiten zu erzielen, erlaubt die gestapelte Via-Technologie zudem ein angemessenes Leiterbahn-/Abstandsverhältnis. Allerdings weist diese Art von Aufbau-Leiterplatte nicht nur Probleme in Bezug auf Größe und Leistung auf, sondern ihre Herstellungskosten erfüllen die Anforderungen der Kunden kaum.
Der Fortschritt der Verbindungstechnologie beeinflusst auch die Anforderungen an die Materialeigenschaften. Im Prozess der Leiterplattenherstellung muss das dielektrische Material den Fertigungsanforderungen entsprechen, und alle Materialeigenschaften weisen strenge Toleranzen auf. Die Maßstabilität des Substrats, das für die Herstellung und Bestückung von Leiterplatten verwendet wird, ist eine derart wichtige Eigenschaft. Um eine Reihe unterschiedlicher dielektrischer Materialien effektiv für den Aufbauprozess nutzbar zu machen, ist es wichtig, vor der Festlegung auf einen bestimmten Spezialwerkstoff die Anforderungen sowohl der OEMs (Originalgerätehersteller) als auch der Designer zu erfüllen.
Markthintergrund
Die Nachfrage nach flexiblen Leiterplatten (FPC) und starrflexiblen Leiterplatten ist mit der rasanten Entwicklung einer Reihe elektronischer Produkte wie Mobiltelefone, Digitalkameras, Tablets, Plasmadisplays usw. sprunghaft angestiegen. Starrflexible Schaltungen bieten äußerst große Vorteile: Sie kommen ohne Steckverbinder und Kabel aus und reduzieren die Montageprozesse; sie sind leichter, bieten hervorragende Flexibilität und ermöglichen eine 3D-Montage – all dies kann mit starren Leiterplatten niemals erreicht werden. Natürlich hat jede Medaille zwei Seiten. Im Vergleich zu starren Leiterplatten…Flexible Schaltungen zeichnen sich durch geringe mechanische Belastung und Zuverlässigkeit ausAußerdem ist es schwierig und kompliziert, derart dünne und leichte flexible Schaltungen zu handhaben und herzustellen. Dennoch ist bis jetzt der wesentliche Vorzug von starrflexen Leiterplatten absehbar: Sie sind in Bezug auf Kosten, Qualität und Zuverlässigkeit vorteilhaft.
In den letzten Jahren hat sich das Anwendungsspektrum flexibler Schaltungen deutlich erweitert, und technische Lösungen sowie kontinuierliche Innovationen konnten den Anforderungen der Kostendrucks standhalten. Obwohl die Herstellungskosten von Starrflex-Leiterplatten niemals niedriger sein werden als die von starren Leiterplatten und Kabeln, werden sie EMS (Electronic Manufacturing Service) und OEM in Bezug auf Technologie und Leistungsfähigkeit definitiv mehr Vorteile bringen. Was die gesamte Lieferkette betrifft, soVorteile von Flex-Rigid-Leiterplattenist aufgrund der von Materiallieferanten und OEM festgelegten Anforderungen noch wertvoller.
Neue Lösungen für Flex-Rigid-Leiterplatten
Ein gewöhnliches Verfahren zur Herstellung von Starrflex-Leiterplatten beginnt mit flexiblem Material, das auf eine starre Leiterplatte aufgebracht wird. Diese Technologie erfordert, dass sämtliche Ausrüstung in der Lage ist, flexibles Material zu verarbeiten, einschließlich umfangreicher manueller Arbeitsschritte oder Rolle-zu-Rolle-Prozesse. Komplizierte Fertigungsabläufe führen zwangsläufig zu höheren Kosten. Da flexibles Material hinsichtlich des Aufbaus eine dimensionsbedingte Instabilität aufweist, ist die Verbindungsdichte durch Designvorgaben begrenzt. Der Großteil der herkömmlichen Aufbau-Lagenhaftung beruht auf nicht unterstützten Klebefolien (adhesive bondplys), sodass bei Vias mit Klebeschicht das Entschmieren mittels Plasma entfallen muss. Aufgrund des hohen CTE (Wärmeausdehnungskoeffizienten) des Klebstoffs muss zur Erreichung der Zuverlässigkeit von PTHs (durchkontaktierten Bohrungen) und gelaserten Durchkontaktierungen auch die Dicke der Kupferbeschichtung sehr hoch sein. Es ist bekannt, dass sich aufgrund des hohen CTE nicht unterstützter Klebefolien wiederholt Verformungen einstellen, was schließlich zu Rissen in der kupferbeschichteten Bohrung führt, insbesondere an den Ecken der Vias.
Bis jetzt nutzen fast alle Mobiltelefone, Digitalkameras sowie LCD- und Plasma-Displays flexible HDI- (High Density Interconnect) Leiterplatten mit HDI-Aufbauschichten. Alle neuen Technologien erfordern Lösungen mit geringer Komplexität, die mit herkömmlicher Ausrüstung zur Herstellung starrer Leiterplatten gefertigt werden können.
Abbrechbare Starrflex-Leiterplatte
Die Herstellung von abbrechbaren Starr‑Flex-Leiterplatten beginnt mit der Fertigung der starren Kernlagen, die von 2 bis 12 Lagen mit PTH und anderen Vias reichen. Die flexible Lage, die aus flexiblem PI oder Epoxidharz-Prepreg besteht, sollte auf die starren Kernlagen laminiert werden, während der rein flexible Bereich dies nicht sein darf. Daher muss das Prepreg zu den Leiterbildstrukturen passen und wird gefräst. Die Haftung wird durch den Einsatz herkömmlicher Laminierung erreicht, und die Lithografie erfolgt nach dem Aufbauprozess. Da die starren Kernlagen recht stabil sind, führt die Maßstabilität des flexiblen Materials nicht zu Überstandsproblemen, sodass herkömmliches Bohren oder Laserbohren eingesetzt werden kann. Da bei der Laminierung des Epoxidharz-Prepregs keine Haftvermittler zum Einsatz kommen, können herkömmliche Desmear-Verfahren und Kupferbeschichtungstechnologien angewendet werden. Durch den Einsatz dieser Technologie ohne Haftvermittler weist die Leiterplatte auch ohne dicke Kupferbeschichtung eine hohe Zuverlässigkeit auf.
Die selektive Deckschicht sollte vor der Lötstoppmaskenbeschichtung aufgebracht werden, was durch eine gewöhnliche Mehrlagen-Laminierung erfolgen kann und für Starrflex-Leiterplatten in dynamisch flexiblen Einsatzbereichen geeignet ist.
Materialauswahl
Im Unterschied zu flexiblen Materialien, die dynamische Flexibilität erfordern, sollte für Starrflex-Leiterplatten, die statische Flexibilität erfordern, eine neue Terminologie verwendet werden.
Semi-flex starre-flexible Leiterplatte bezeichnet eine Art starr-flexible Leiterplatte, die nur während der Montage oder für statische Anwendungen gebogen werden muss. Die Flexibilität muss nur einige wenige Male erreicht werden. Starre-flexible Leiterplatte bezeichnet Leiterplatten, die eine dynamische Flexibilität erfordern.
Bei Semi-Flex-Anwendungen ist ein flexibles Substratmaterial nicht zwingend erforderlich, und es ist ausreichend, Biegbarkeit zu realisieren. Die Einschränkungen von semi-flexiblen Leiterplatten liegen in der Anzahl der Biegezyklen und im Biegeradius. Die Auswahl unterschiedlicher Materialien hängt von ihren Einsatzbedingungen ab. FR4-Material eignet sich gut für Semi-Flex-Leiterplatten, jedoch sind seine Biegezyklen und sein Biegeradius begrenzt. Allgemein gesprochen basiert flexibles FR4-Material auf dünnen Glasfasern (1080) oder speziellen Materialien, die zu einem modifizierten Harzsystem gehören.
Aramidmaterial weist eine bessere Flexibilität als FR4-Material auf, und seine Anwendungen hängen von der Anzahl der Biegezyklen ab. Im Vergleich zu PI verfügt Aramid über einen besseren CTE, was zu einem größeren Fertigungsfenster führt. Aramid muss stabil in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen keine Anforderungen an dynamische Flexibilität bestehen.
Kupferdicke und -qualität beeinflussen die Zuverlässigkeit von Biegetests und Anwendungen. Im Allgemeinen sollte für Anforderungen mit mehrfacher Biegbarkeit RA-Kupferfolie gewählt werden.
Überlassen Sie die Arbeit den Profis.
PCBCart verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Herstellung von Starrflex-Leiterplatten. Wenn Sie ein neues Starrflex-Leiterplattendesign für Prototypen oder die Serienproduktion bereit haben, zögern Sie bitte nicht, zukontaktieren Sie unsum Ihr Projekt zu besprechen! Wir werden so schnell wie möglich eine praktische und kostengünstige Lösung bereitstellen.
Hilfreiche Ressourcen
•Fähigkeiten in der Herstellung von Starrflex-Leiterplatten
•Fortgeschrittene Leiterplattenbestückungsdienste
•Optimieren Sie die Montage und verbessern Sie die Zuverlässigkeit mit flexiblen und starrflexiblen Leiterplatten
