Eine flexible Schaltung führt denselben Leiter wie eine starre Platine auf einem Basismaterial, das sich biegt — Polyimid, Kapton oder PET, dünn genug, um in den Bauraum zu falten, den das Produkt ohnehin hat. Damit entfallen ein Kabelbündel, die Steckverbinder an beiden Enden und die Montagezeit für beides, weshalb Handy-, Kamera-, Wearable- und Medizintechnik-Designs auf Flex aufbauen.
Was eine flexible Schaltung ersetzt
- Kabel- und Steckverbinderbaugruppen — eine flache Schaltung ersetzt den Kabelbaum und seine beiden Gegenstecker und beseitigt die Verbindungen, die in einem bewegten Produkt zuerst ausfallen.
- Volumen und Gewicht — ein Basismaterial von 12,5–50 µm mit 12–25 µm Deckfolie wiegt einen Bruchteil eines gleichwertigen Rundkabels und braucht nicht mehr Platz als seine eigene Dicke.
- Montagezeit — der Flex wird wie jedes andere Bauteil platziert und gelötet, ein bestückter Abschnitt, der früher handverdrahtet wurde, kommt als ein Teil.
- Gestaltungsfreiheit — die Schaltung lässt sich dreidimensional führen, falten und mit einem Klebeband am Gehäuse fixieren.
Materialien und Verstärkungen
Basismaterial aus PI, PET und Kapton deckt den größten Teil der Arbeiten ab und wird mit FR-4 verklebt, wo ein Abschnitt starr bleiben muss. Wo ein Steckverbinder oder ein Bauteil eine ebene Fläche braucht, werden Verstärkungen aus PI, PET, FR-4 oder Edelstahl auflaminiert; die Dicke der Verstärkung wird zusammen mit dem Klebersystem gewählt, damit das fertige Teil sich nicht wölbt. Kupfer läuft von 0,5 bis 2 oz, das Finish ist ENIG, Immersionszinn, OSP oder Kohlenstofftinte.
Wann eine flexible Schaltung die richtige Wahl ist
Ein Flex verdient seinen Platz, wenn sich die Verbindung bewegen muss oder wenn im Gehäuse kein Raum für eine Platine, einen Steckverbinder und den Luftraum dazwischen bleibt. Für eine Baugruppe, die sich nie bewegt, ist es das falsche Werkzeug: eine starre FR-4-Platine mit einem Steckverbinder ist steifer, leichter nachzuarbeiten und je Teil günstiger, und eine kurze Stromführung bleibt mit einem Kabelbaum besser bedient als mit einer in Form gefalteten Schaltung.
Die drei Bauformen beantworten unterschiedliche Fragen. Ein einfacher Flex deckt eine bewegte Verbindung ab; ein Flex mit Verstärkungen deckt eine Verbindung ab, die in einem Steckverbinder endet oder wenige Bauteile trägt; ein Starr-Flex-Teil wird gewählt, wenn dieselbe Teilenummer feinrasterige Bauteile auf einem Abschnitt tragen muss, der sich nicht biegen darf. Liegen Biegestelle und Bauteile weit auseinander, kosten zwei Teile mit einem Steckverbinder dazwischen meist weniger als ein Starr-Flex.
Der Preis folgt der Nutzenfläche und der Lagenzahl, nicht der Form der Kontur. Eine kurze Schaltung, die sich einmal in einem kleinen Nutzen faltet, ist deshalb günstiger als eine lange, die durch das Gehäuse schlängelt — und diese Entscheidung fällt im Layout, bevor ein Angebot angefragt wird.
Designregeln, die die Ausbeute entscheiden
Minimale Leiterbahn und minimaler Abstand liegen bei 0,002″ (3 mil), das kleinste Loch bei 0,006″ — feiner, als kabelbasierte Konstruktionen brauchen, doch der Biegebereich entscheidet, ob ein Flex überlebt. Leiterbahnen queren eine Faltung im rechten Winkel statt entlang der Kante zu laufen, Metallisierung bleibt aus der Biegezone heraus, Deckfolienfenster liegen fern der Biegestelle, und der minimale Biegeradius wird im DFM vereinbart, damit das Kupfer nicht über seine Grenze gestaucht wird. Die Impedanz lässt sich auf ±10 % halten, wo die Konstruktion auf kontrollierte Impedanz ausgelegt ist; HDI- oder Starr-Flex-Aufbauten kommen hinzu, wenn dieselbe Schaltung auch feinrasterige Bauteile tragen muss.
Wo eine flexible Schaltung im Einsatz versagt
Die meisten Rückläufer bei Flexschaltungen gehen auf vier Punkte zurück, und jeder wird in der Zeichnung oder im Arbeitsplan geklärt, nicht durch schärfere Prüfung am Bandende:
- Kupferermüdung an der Biegestelle — ein Leiter, der wiederholt gebogen wird, kaltverfestigt und reißt am Rand der Leiterbahn; eine dynamische Biegestelle wird deshalb auf walzgeglühtem Kupfer ausgelegt und der Biegeradius im DFM vereinbart.
- Abhebende Deckfolie an einer Fensterkante — der Kleber fließt beim Laminieren, deshalb werden Fenster und Verstärkungskanten abseits der Biegestelle platziert und die Überlappung der Deckfolie in die Zeichnung geschrieben.
- Abgelöste Anschlussfläche eines Steckverbinders nach dem Stecken — die Verstärkung muss über die Kontaktreihe hinausreichen, und ihre Dicke wird mit der Zeichnung des Steckverbinders abgestimmt; eine zu kurze Verstärkung besteht das Erstmuster und fällt im Feld aus.
- Blasenbildung nach dem Reflow — Polyimid nimmt Feuchtigkeit auf, deshalb werden Flexnutzen vor der Bestückung getrocknet und bis zum Profilstart trocken gehalten, mit einem Reflowprofil für ein dünnes Bauteil mit geringer Wärmemasse.
Wo flexible Schaltungen eingesetzt werden
Mobil- und Wearable-Geräte, Kamera- und Batteriemodule, Sonden und Überwachungspflaster der Medizintechnik, Drucker und bewegte Köpfe in der Industriesteuerung sowie Antennen- und HF-Abschnitte von Telekommunikationsgeräten. Wo für Steckverbinder oder Prozessor ein starrer Abschnitt nötig ist, bringt eine Starr-Flex-Platine beide Hälften auf eine Teilenummer.
Angebot erhalten
Senden Sie die Gerberdaten mit Lagenzahl, Basismaterial, Kupfergewicht, Größe der Verstärkung und dem Biegeradius, den das Teil überstehen muss. Die Bestückung läuft im selben Werk, ein voll bestückter Flex lässt sich also als ein Auftrag anbieten; die Prozessgrenzen stehen auf der Kapazitätsseite und die ausgestellten Zertifikate auf der Zertifikatsseite.
Flexschaltungen, die in die Bestückung weiterlaufen, werden zusammen mit Fertigung, Beschaffung und Box Build auf der Seite PCB-Bestückung in China angeboten.
