Flexible Leiterplatten – Der ultimative Leitfaden: Typen, Design und Anwendungen

Was für ein Flexible PCBs？

Flexible Leiterplatten (FPCs) verwenden flexible Substrate wie Polyimid, um Biegen, Falten oder Verdrehen zu ermöglichen, wodurch sie für Anwendungen mit hoher Integrationsdichte und dynamischen Biegeanforderungen vielseitig einsetzbar sind. Zu den wichtigsten Merkmalen gehören:

• Leicht und dünn: 60 % weniger Gewicht und Platzbedarf im Vergleich zu starren Leiterplatten.
• Dynamische Biegefähigkeit: Hält bis zu 500 Millionen wiederholtenBiegungen (360° Vollwinkel) stand.
• Anpassungsfähigkeit an die UmweltBeständig gegen hohe Temperaturen (biszu 400 °C), Vibrationen und chemische Korrosion.

Vergleich flexibler Leiterplattentypen

Wichtige technische Parameter

1. Berechnung des Biegeradius

FormelMindestbiegeradius = (Plattenstärke ×Flexibilitätskoeffizient) /2

• Typischer Wert: Eine 0,4 mm dicke Plattekann um90° gebogen werden.
• Sicherheitsrichtlinie: Empfohlener Biegeradius ≤1 mm; 180°-Biegungen erfordern einespezielle Konstruktion.

2. Materialzusammensetzung

• Substrat: Hauptsächlich Polyimid (PI), ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit.
• Dirigent: Walzgeglühtes Kupfer (dynamische Biegung) vs. galvanisch abgeschiedenes Kupfer (statische Anwendungen).
• Klebstoffe: Laminate aus Acryl-/Epoxidharzsystemen.

Richtlinien für die Konstruktion von Versteifungen

Funktionale Positionierung:
┌──────────────────────────────┐
│ Mechanische Unterstützung│ Verhindert Verformungen im Bereich der Steckverbinder│
├──────────────────────────────┤
│ Spannungsverteilung │ Reduziert mechanischeBelastung der Lötstellen │
├──────────────────────────────┤
│ Befestigungspositionierung │ Bietet einestarre Befestigungsschnittstelle │
└──────────────────────────────┘
Gängige Materialien:FR4 (0,2–0,5 mm), Edelstahl (Hochfrequenzanwendungen).

Designrichtlinien (strukturierte Checkliste)

Spurenlayout

• Vermeiden Sie rechtwinklige Leiterbahnen (verwenden Sie gekrümmte Übergänge).
• Versetzte Leiterbahnpositionen auf der oberen und unteren Schicht bei doppelseitigen Leiterplatten.
• Fügen Sie an kritischen Stellen Tropfenpolster zur Verstärkung hinzu.

Biegebereich-Handhabung

• Verwenden Sie schraffierte Füllungen anstelle von durchgehenden Kupferfüllungen.
• Verbot von Durchkontaktierungen/Pads in Biegebereichen.
• Die Überlagerungsöffnung sollte 10 % größer sein als die Leiterbahn.

Überlegungen zur Herstellung

• Bei der Montage der Platten muss ein Rand von 5 mm freigelassen werden.
• Geben Sie die Dickentoleranz von ±0,1mmfürZIF-Steckverbinder an.
• Optische Ausrichtungsmarkierungen hinzufügen.

Analyse der Vorteile und Einschränkungen

Vorteilhafte Bereiche:

• ✅ Dreidimensionale Routing-Fähigkeit(spart 40 %Platz).
• ✅ Widerstandsfähigkeit gegen mechanischeErmüdung (3-mal längere Lebensdauer unter Vibrationsbedingungen).
• ✅ Hohe Temperaturstabilität (Tg-Wert>200 °C).

Anwendungsbeschränkungen:

• ⚠️ Die Kosten sind 30–50 % höher alsbeistarrenLeiterplatten.
• ⚠️ Schwierig zu reparieren (erfordertSpezialausrüstung).
• ⚠️ Empfindlich gegenüber Kratzern (erfordertschwefelfreieVerpackung).

Branchenanwendung Vertrieb

Typische Szenarien:

• Smartwatches: 360° biegsame Displayanschlüsse.
• ADAS-Systeme: Vibrationsfeste Sensorschaltungen.
• Endoskope: Übertragung biologischer Signale mit hoher Dichte.

Besondere Hinweise zum Herstellungsprozess

• Auswahl der Kupferfolien:

• Dynamische Anwendungen: Walzgeglühtes (RA) Kupfer für bessere Duktilität.
• Statische Anwendungen: Elektrolytisch abgeschiedenes (ED) Kupfer für geringere Kosten.

• Oberfläche:

• ENIG: Beste Zuverlässigkeit der Lötstelle.
• OSP: Geeignet für kurze Lagerzyklen.
• Hartvergoldung: Speziell für ZIF-Steckverbinder.

• Qualitätskontrolle:

• Biegetest: Gemäß IPC-6013-Standard geprüft.
• Thermische Belastungsprüfung: Lötbeständigkeit bei 288 °C.
• Impedanzregelung: Toleranzanforderung±10 %.

Warum sind sie nicht für alle Szenarien geeignet?

Trotz erheblicher Vorteile werden starre Lösungen empfohlen für:

Fachlicher Hinweis: Durch Gespräche mit Herstellern über DFM (Design for Manufacturability) während der Konzeptionsphase lassen sich Entwicklungsrisiken um über 30 % reduzieren und die Herstellungskosten optimieren. Der erfolgreiche Einsatz flexibler Leiterplatten hängt von der präzisen Abstimmung zwischen Materialauswahl, mechanischer Konstruktion und Fertigungsprozessen ab.