Zwei Polymere, nicht zwei Qualitäten
Die Namen ähneln sich so sehr, dass sie leicht verwechselt werden können, aber Polyamid und Polyimid sind unterschiedliche Materialien. Polyamid gehört zur Nylonfamilie; Polyimid (PI) ist das Imidpolymer, das Kapton und anderen flexiblen Leiterplatten zugrunde liegt. Diese Unterscheidung ist wichtig, da eine Spezifikation, die „Polyamid“ angibt, ein Material beschreibt, das kein Hersteller für flexible Anwendungen vorrätig hat.
FR-4 ist wiederum anders aufgebaut: gewebtes Glasfasergewebe, imprägniert mit Epoxidharz und unter Hitze und Druck laminiert. Es ist steif, weil das Glasfasergewebe steif ist. Diese Eigenschaft bestimmt, wo es eingesetzt werden kann und wo nicht.
Vorteile von Polyimid
Biegefestigkeit: Eine 12,5–50 µm dicke Folie mit 0,5–2 oz Kupfer biegt sich, die gleiche Schaltung auf FR-4 hingegen nicht.
Temperaturbeständigkeit: Polyimid behält seine mechanischen Eigenschaften weit über dem Temperaturbereich, in dem Epoxidlaminate weich werden. Daher findet es Anwendung in Motorräumen, in der Medizintechnik und in industriellen Baugruppen.
Chemikalienbeständigkeit: Lösungsmittel und Flussmittel, die Epoxidharz angreifen, beeinträchtigen Polyimid kaum.
Dicke: Ein flexibler Kern ist dünner als jedes starre Laminat. Dadurch kann eine Schaltung in einem Gehäuse nahezu unsichtbar integriert werden.
Kosten
Flexibilität hat ihren Preis. Polyimid absorbiert mehr Feuchtigkeit, dehnt sich in der Ebene stärker aus und ist weniger formstabil als FR-4. Daher sind die Ausrichtung der Leiterplatte und des Deckblatts schwieriger. Das Material selbst ist teurer, ebenso die Prozessschritte – Deckblattlaminierung, Verklebung der Verstärkungsschichten, Laser- oder Stanzen – und die Leiterplatte ist schwieriger zu handhaben.
Auch die Konstruktion ist aufwendiger: Die Regeln für Flexibilität unterscheiden sich von denen für FR-4. Leiterbahnen kreuzen Biegungen im rechten Winkel, die Beschichtung bleibt außerhalb des Biegebereichs, und der Biegeradius wird vor dem Layout festgelegt.
Vorteile von FR-4
Der größte Teil einer starr-flexiblen Leiterplatte besteht aus FR-4. Prozessor, Anschlussfeld und Leistungsstufe sitzen auf starrem Material, da sich dort nichts bewegen muss. FR-4 ist kostengünstiger, flacher und besser geeignet. Polyimid wird nur für den faltbaren Bereich verwendet.
Das ist die praktische Entscheidungsregel: Flexibilität dort einsetzen, wo die Geometrie es erfordert, und ansonsten laminieren. Die Seite für flexible Leiterplatten umfasst die auf Filmen basierenden Konstruktionen, die Seite starr-flexibel die Kombination und die Funktionsseite die Dickenbereiche für beide.