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Flexible Leiterplatte und ihre Bestückungstechnologie
Flexible Leiterplatten (Flexible PCBs) werden entwickelt und finden aufgrund ihrer bemerkenswerten Vorteile, darunter flexible Struktur, kleines Volumen und geringes Gewicht, ein breites Anwendungsspektrum und entsprechen damit dem Entwicklungstrend der Elektronik hin zur Miniaturisierung. Neben statischer Flexibilität ist die flexible Leiterplatte auch in der Lage, dynamische Flexibilität, Biegung und Faltung zu realisieren. Durch ihre Fähigkeit, sich in den 3D-Raum auszudehnen, erhöht die flexible Leiterplatte den Freiheitsgrad des Schaltungs- und mechanischen Designs. Darüber hinaus kann die Leiterbahnführung auf den X-, Y- und Z-Flächen erfolgen, wobei die Anzahl der Verbindungspunkte reduziert wird, was sowohl die mechanische Bearbeitung und Montagefehler verringert als auch die Zuverlässigkeit und Stabilität des gesamten in elektronischen Geräten eingesetzten Systems erheblich verbessert. Infolgedessen werden flexible Leiterplatten in Bereichen wie Computern, Kommunikationsgeräten, Messinstrumenten, medizinischen Geräten, Militär- und Luft- und Raumfahrttechnik usw. weit verbreitet eingesetzt. Darüber hinaus führen neue Anwendungsfelder für flexible Leiterplatten, darunter drahtlose Gleitköpfe, Repeater, Digitalkameras, Mobiltelefone sowie Flachbildschirme und HDI-Leiterplatten, dazu, dass sich flexible Leiterplatten rasant entwickeln und einen zunehmend größeren Anteil an der gesamten Leiterplattenindustrie einnehmen.
• Struktur von flexiblen Leiterplatten
Gemäß den Strukturtypen können flexible Leiterplatten in die folgenden Kategorien eingeteilt werden:
a. Einseitige flexible Leiterplatte, das eine einfache Struktur aufweist und leicht herzustellen ist.
b. Beidseitig flexible Leiterplatte (PCB), das eine weitaus komplexere Struktur als ein einseitiges flexibles PCB aufweist und daher deutlich höhere Anforderungen an die Steuerung stellt.
c. Mehrlagige flexible Leiterplatte, das eine kompliziertere Struktur als eine 2-lagige flexible Leiterplatte aufweist und dessen Fertigungsqualität schwieriger zu kontrollieren ist.
d. Einseitige starr-flexible Leiterplatte
e. Doppelseitige starr-flexible Leiterplatte
f. Mehrlagige Starrflex-Leiterplatte
Einseitige starr-flexible Leiterplatten, doppelseitige starr-flexible Leiterplatten und mehrlagige starr-flexible Leiterplatten sind schwieriger herzustellen als die ersten drei Arten flexibler Leiterplatten und weisen deutlich komplexere Strukturen auf. Die Strukturen von flexiblen Leiterplatten und starr-flexiblen Leiterplatten sind in Abbildung 1 unten dargestellt.
• Material der flexiblen Leiterplatte
Basierend auf der Struktur von flexiblen Leiterplatten umfassen die Materialien, die zu flexiblen Leiterplatten beitragen, das isolierende Substratmaterial, den Klebstoff, die Metalleiterschicht (Kupferfolie) und die Deckschicht. Das Hauptmaterial für flexible Leiterplatten muss ein flexibler Isolierfilm sein, der als Träger mit hervorragenden mechanischen und elektrischen Eigenschaften fungiert. Übliche Materialien umfassen Polyester- und Polyimidfolien, wobei letztere überwiegend verwendet wird. Mit der Forschung und Entwicklung neuer Materialien werden die Auswahlmöglichkeiten so vielfältig, dass neben den üblichen Materialien auch andere Arten von Substratmaterialien wie PEN und dünnes FR4 verfügbar sind. Die Leistungsparameter der Hauptmaterialien sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
| Artikel | FR4 | Polyester | Polyimid |
| Lötbarkeitstemperatur [°C(10s)] | 260 | 230 | 260 |
| Maximale konstante Betriebstemperatur (°C) | 150 | 110 | 220 |
| Zugfestigkeit (kPa) | 1750 | 1500 | 1700 |
| Dehnung (%) | 3 | 130 | 70 |
| Kupferabzugfestigkeit (kPa) | 4,5 | 1,8 | 1,3 |
| Feuchtigkeitsaufnahme (%) | 0,5 | 0,8 | 2,5 |
| Linearer Ausdehnungskoeffizient | 1,1x10-5 | 1,5x10-5 | 1,5x10-5 |
| Dielektrizitätskonstante (60 Hz) | 3.400 | 3.250 | 3.500 |
| Dielektrischer Verlustfaktor (1 kHz) | 0,037 | 0,006 | 0,003 |
| Widerstandsfähigkeit (Ω) | 1,6x1013 | 1,0x1017 | 1,4x1016 |
| Hinweis | Maximale Zugfestigkeit und minimale Dehnung. Instabil bei dauerhafter Biegung. | Geringe Kosten und leicht während des Lötens zu beschädigen. Hervorragende physikalische und elektrische Leistung | Hervorragende physikalische und elektrische Leistung, nicht brennbares Material |
Montage von flexiblen Leiterplatten
• Montageprozess von flexiblen Leiterplatten
Flexible Leiterplatten (Flexible PCBs) verwenden denselben Bestückungsprozess wie starre Leiterplatten, abgesehen von einigen speziellen Arbeitsschritten, die sich aus unterschiedlichen technischen Anforderungen ergeben. Der übliche Bestückungsprozess für ein einseitiges flexibles PCB ist in Abbildung 2 unten dargestellt.
• Eigenschaften der flexiblen Leiterplattenbestückung
a. Von flexibler Leiterplatte zu starrer Leiterplatte
Flexible Leiterplatten (Flexible PCBs) neigen aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer Dünne dazu, sich zu verformen und können daher nicht wie starre Leiterplatten (Rigid PCBs) direkt in einer SMT-Fertigungslinie bestückt werden. Um die Bestückung auf flexiblen Leiterplatten erfolgreich durchzuführen, müssen sie daher auf einem starren Träger oder in einer Trägerplatte fixiert werden, sodass sie wie starre Leiterplatten verarbeitet werden können. Ebenheit, Positioniergenauigkeit und die Konsistenz des Leiterplattenträgers spielen eine entscheidende Rolle für die Produktqualität und stehen im Mittelpunkt der Bestückung flexibler Leiterplatten.
b. Niedrige Dichte
Bislang werden flexible Leiterplatten aufgrund ihrer höheren Kosten im Vergleich zu starren Leiterplatten überwiegend nur für Verbindungen zwischen Modulen mit unterschiedlichen Funktionen eingesetzt, wobei die Produktkosten im Vordergrund stehen. Daher ist die Anzahl der Bauteile, die auf flexiblen Leiterplatten bestückt werden, relativ gering, ebenso wie die Bestückungsdichte. Allgemein gesprochen liegt die Anzahl der Bauteile unter 50, und einige Leiterplatten enthalten nur zwei Steckverbinder.
c. Große Anzahl von Paneelen
Flexible Leiterplatten (Flexible PCB) werden hauptsächlich in miniaturisierten Elektronikprodukten wie Mobiltelefonen und Digitalkameras eingesetzt, sodass die Fläche der einzelnen Leiterplatte klein ist. Darüber hinaus ist die Anzahl der auf einer einzelnen Leiterplatte bestückten Komponenten relativ gering. Um die Montageeffizienz zu verbessern, werden daher in der Regel Nutzen für die Bestückung verwendet, die anschließend durch Stanzen vereinzelt werden.
d. Breite Anwendung von Hilfsvorrichtungen während des Montageprozesses
Aufgrund der Verformungs- und Beschädigungseigenschaften von flexiblen Leiterplatten kommen zahlreiche Hilfsvorrichtungen bei der Bestückung flexibler Leiterplatten zum Einsatz, darunter Vorrichtungen zum Backen flexibler Leiterplatten, Leiterplattenträger, elektrische Prüfadapter, Funktionsprüfvorrichtungen und Schneidvorrichtungen.
e. Hohe Anforderungen an die Produktqualität
Da flexible Leiterplatten (FPC) in der Regel in Umgebungen eingesetzt werden, die wiederholtes Biegen und hohe Steuerungsgenauigkeit erfordern, müssen die auf flexiblen Leiterplatten montierten Komponenten den Anforderungen ihrer Einsatzumgebung gerecht werden. Daher stellt die flexible Leiterplatte höhere Anforderungen an Sauberkeit, ESD-Schutzmaßnahmen und Lötzuverlässigkeit als starre Leiterplatten. Darüber hinaus sieht sich die Bestückung flexibler Leiterplatten aufgrund der Verbreitung und Akzeptanz bleifreier Fertigungstechnologien mit einigen technischen Herausforderungen konfrontiert.
f. Hohe Montagekosten
Im Vergleich zur starren Leiterplattenbestückung führt die flexible Leiterplattenbestückung zu höheren Gesamtkosten, was insbesondere in der Anfangsphase zutrifft. Dies ist auf den breiten Einsatz von Vorrichtungen, lange Fertigungszeiten, eine geringe Auslastung der Anlagen, höhere Anforderungen an Zubehör und Personal sowie höhere Anforderungen an die Fertigungsumgebung und die Produktqualität zurückzuführen.
Mit der Entwicklung elektronischer Produkte und der kontinuierlichen Verbesserung sowie Optimierung der flexiblen Leiterplattenbestückung, bei gleichzeitig allmählich sinkenden Herstellungs- und Montagekosten, wird der Anwendungsbereich immer größer, sodass flexible Leiterplatten künftig in noch breiteren Einsatzbereichen verwendet werden.
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Hilfreiche Ressourcen
•Einführung in Starrflex-Leiterplatten und Fertigungsdienstleistungen
•Anwendungen von Flex-Rigid-Leiterplatten
•Optimieren Sie die Montage und verbessern Sie die Zuverlässigkeit mit flexiblen und starrflexiblen Leiterplatten
•PCBCart bietet einen fortschrittlichen PCB-Bestückungsservice mit mehreren wertschöpfenden Optionen
•Anleitung zum Erhalt eines KOSTENLOSEN Angebots für flexible Leiterplattenbestückung