1. Zuerst die Bewegung festlegen
Alles Weitere ergibt sich aus der Frage: Wird die Biegung einmalig oder kontinuierlich durchgeführt?
Statisch (einmalig geformt): Das flexible Kabel wird bei der Montage geformt und fixiert. Die Konstruktion muss die Installation überstehen, nicht die Bewegungen im Betrieb.
Dynamisch: Das flexible Kabel bewegt sich im Betrieb – z. B. durch ein Scharnier, einen Schiebemechanismus oder einen beweglichen Kopf. Das Kupfer ist Millionen von Biegezyklen ausgesetzt.
Statische und dynamische Versionen desselben Schaltkreises sind unterschiedliche Produkte: anderes Kupfer, anderer Radius, manchmal eine andere Konstruktion. Diese Entscheidung zu spät zu treffen, ist der teuerste Fehler bei der Entwicklung flexibler Kabel.
2. Die Konstruktion wählen
Einseitig flexibel: Eine Kupferschicht, am einfachsten und günstigsten, gut für eine statische Biegung.
Doppelseitig flexibel: Zwei Kupferschichten, ermöglicht sich kreuzende Leiter und kontrollierte Impedanz – benötigt durchkontaktierte Löcher, die außerhalb der Biegung liegen dürfen.
Mehrlagige Flex-Leiterplatten: Bis zu 12 Lagen für dichte Schaltungen, die sich dennoch bewegen müssen.
Starrflexibel: Bestückte Leiterplatten auf beiden Seiten. Grundsätzlich eignet sich einseitige SMT-Bestückung für ein vollständig flexibles Design; zweiseitige SMT-Bestückung bedeutet in der Regel Starrflexibilität, d. h. die Bauteile sitzen auf starren Abschnitten.
3. Kupfer: Typ, Gewicht und Faserstruktur
Kupfer ist die erste Schwachstelle von Flex-Leiterplatten.
Walzgeglühtes Kupfer (RA) ist duktil und wird für Anwendungen mit wiederholten Biegungen bevorzugt. Elektrolytisch abgeschiedenes Kupfer (ED) ist galvanisch beschichtet, härter und spröder; es ist für statische Biegungen geeignet und kostengünstiger.
Gewicht: Der Standardbereich liegt zwischen 0,5 und 2 oz. Bei dynamischen Biegungen ist ein geringeres Gewicht vorteilhaft – 1 oz wird bei gleichem Biegeradius deutlich weniger beansprucht als 2 oz.
Faserrichtung: Geben Sie die Faserrichtung an und richten Sie sie entlang der Biegung aus, sodass die Faserrichtung parallel zur Biegelinie verläuft und nicht quer dazu.
Massive Kupferflächen in der Biegung werden, wo möglich, kreuzschraffiert, damit die Folie flexibel ist und keinen Widerstand bietet.
4. Regeln für den Biegebereich
Keine durchkontaktierten Löcher, keine Verstärkungselemente und keine Abdeckfolienfenster innerhalb der Biegung.
Leiterbahnen kreuzen die Biegung im rechten Winkel und verlaufen niemals parallel dazu.
Tropfenförmige und sanfte Verjüngungen an Pad-Übergängen; keine scharfen Ecken oder spitzen Verbindungen.
Kupfer um die neutrale Achse ausbalanciert: Direkt gegenüberliegende Lagen setzen eine von ihnen bei jedem Zyklus unter Spannung.
Der Biegeradius wird im DFM-Verfahren zusammen mit dem Faltwinkel und der Zyklusanzahl festgelegt.
5. Abdeckfolie statt Lötstopplack
Eine flexible Oberfläche wird mit einer laminierten Folie anstelle eines gedruckten Lötstopplacks abgedeckt. Zwei Konsequenzen:
Als eigene Ebene gestalten, ähnlich wie eine Maskenebene, mit Öffnungen, die Klebstoffdruck und Schnitttoleranzen ermöglichen.
Die Öffnungen großzügig wählen. Zu enge Öffnungen lassen Klebstoff auf dem Pad zurück; zu geringe Abstände legen die benachbarte Leiterbahn frei und verursachen Brücken während der Montage.
6. Versteifungen an Stellen, an denen sich das Bauteil nicht bewegen darf
Steckverbinder, Bauteilbereiche und alle geklemmten oder verschraubten Teile benötigen eine Versteifung. Praktische Regeln:
Die Versteifung sollte auf der gegenüberliegenden Seite der Bauteile platziert werden, es sei denn, ein Durchsteckverbinder muss von der anderen Seite zugänglich sein.
Das Material entsprechend auswählen: PI für Steckverbinder und ZIF-Kontakte, PET für kostensensible Bereiche, FR-4 für einen wirklich steifen Bereich, Edelstahl, wenn dünn und steif erforderlich ist.
Die Dicke als Summe aus Versteifung, Klebstoff und Flexibilität angeben, da diese Dicke vom Gegenstecker erfasst wird.
7. Die Fertigungszeichnung ist Teil der Konstruktion.
Geben Sie das Basismaterial und dessen Dicke, Kupferart und -gewicht, Deckschichtdicke und Öffnungen, Verstärkungsmaterial, -dicke und -seitenlänge, Biegelinie und -radius, Faserrichtung, Impedanzvorgaben und die Akzeptanzklasse an.
Eine flexible Leiterplatte weist mehr variable Parameter auf als eine starre. Der Verarbeiter, der diese Parameter berücksichtigen muss, wird mindestens einmal eine falsche Annahme treffen.
8. Kosten und Lieferzeit hängen vom Prozess ab.
Die Fertigung flexibler Leiterplatten ist langsamer als die starrer: Dünnschichtverarbeitung, andere Bohr- und Beschichtungsverfahren sowie manuelle Bearbeitung von Deckschicht und Verstärkungen. Eine zweilagige flexible Leiterplatte benötigt typischerweise einige Arbeitstage. Höhere Lagenzahlen oder starr-flexible Abschnitte dauern länger, da der Lagenaufbau auftragsbezogen und nicht nach einem Standardrezept geplant wird.
Deshalb ist flexible Leiterplatte pro Quadratmeter auch teurer als FR-4 – Material, Verarbeitung und Ausbeute sprechen alle für die gleiche Vorgehensweise.
9. Biegeprüfung statt Datenblatt
Biegeradiustabellen sind ein Ausgangspunkt. Der tatsächliche Wert ergibt sich aus der tatsächlichen Biegeprüfung der Konstruktion mit dem tatsächlichen Radius und der tatsächlichen Anzahl an Biegezyklen – deshalb sollte der Prototyp aus dem gleichen Material wie die Serienproduktion gefertigt werden.
Wenn die Konstruktion nicht durch Analyse qualifiziert werden kann, qualifizieren Sie sie durch einen Test: Eine Biegevorrichtung und eine Zyklenzählung sind günstiger als eine Rücksendung aus der Praxis.
Die Fertigungsgrenzen stehen auf der Seite für flexible Leiterplatten und auf der Funktionsseite; die spezifischen Regeln für starr-flexible Bauteile stehen in der Starr-Flex-Notiz und die Ausfallarten in der Notiz zu Flex-Problemen.
