Rigid-Flex PCB Zuverlässigkeit maximieren: Optimierte Montage & bewährte Best Practices

Was ist ein Rigid-Flex PCB?

Erinnern wir uns: Eine Leiterplatte ist ein entscheidender Bestandteil vieler elektronischer Produkte. Sie dient dazu, andere elektronische Komponenten des Produkts zu verbinden und dessen ordnungsgemäße Funktion zu gewährleisten. Obwohl ihre Geschichte über ein Jahrhundert zurückreicht, war es um 1936, als die erste PCB in einem Produkt eingesetzt wurde.

Heute sind PCBs weit verbreitet, und der Weltmarkt hat vor einigen Jahren die 60-Milliarden-Dollar-Marke überschritten. Der Fertigungsprozess hat sich ebenfalls verbessert, und wir haben nun sowohl starre als auch flexible Leiterplatten.

Wenn Sie das Beste aus beiden Welten wollen, sollten Sie ein Rigid-Flex PCB in Betracht ziehen. Das sind Platinen, die eine Mischung aus starrer und flexibler Technologie nutzen.

1.1 Vorteile von Rigid-Flex PCB

Die Idee, das Beste aus Flex- und Starplatinen zu kombinieren, ist es, die Zuverlässigkeit zu maximieren, während Kosten optimiert und der Montageprozess gestrafft werden.

Der primäre Vorteil besteht darin, die Notwendigkeit von Kabeln und Steckverbindern zu eliminieren, die sonst zwischen starren Komponenten platziert würden. Als Ergebnis erhalten Sie eine Platine, die einfacher zu fertigen, kleiner in Größe und Gewicht ist.

Flex- und starre Leiterplatten sind dauerhaft miteinander verbunden. Es ist wichtig zu wissen, dass dies die Zuverlässigkeit der Platine nur verbessern kann. Rigid-Flex-Boards verwenden nicht so viele Lötverbindungen wie ihre starren Pendants. Dadurch sichern Sie sofort zuverlässigere Verbindungen.

Zusätzlich wird der Montageprozess gestrafft, da Hersteller Platinen leichter handhaben können. Darüber hinaus sind der gesamte Prozess und die Testbedingungen relativ einfach und nehmen weniger Zeit in Anspruch.

Rigid-Flex PCB Anwendungen und Einsatzbereiche

Die Tatsache, dass Rigid-Flex-Boards so zuverlässig sind, machte ihren Einsatz in verschiedenen Branchen und Anwendungen weit verbreitet.

In der folgenden Liste nennen wir nur einige der Branchen, in denen diese Produkte seit Jahren eingesetzt werden:

• Unterhaltungselektronik – Zum Beispiel verwenden Festplatten häufig Rigid-Flex-Boards. Der Grund ist die Aufrechterhaltung der hohen Geschwindigkeiten, die heutige PCs beim Schreiben haben. Sie finden diese Boards auch in anderen Elektronikgeräten, einschließlich Haushaltsgeräten und anderen Produkten.
• Handel (Commerce) – Ob Sie ein Geschäft haben, das online oder offline verkauft, Sie könnten Produkte mit einer PCB benötigen. Zum Beispiel nutzen Lager Scangeräte, um Artikel zu verfolgen.
• Medizinische Geräte – Das hohe Zuverlässigkeitsniveau der Leiterplatte ist ideal für die Pharmaindustrie. Dort benötigen Sie ein hohes Leistungsniveau von einem Produkt, und diese PCBs können dies liefern.

Dies sind nur einige Branchen, in denen Rigid-Flex-Boards verwendet werden. Sie finden sie auch in Automobilgeräten, Industriemaschinen und anderen Produkten. Sie können eine großartige Wahl sein, wo immer Sie eine zuverlässige Platine mit einem gewissen Grad an Flexibilität benötigen, sowie in Situationen, in denen der verfügbare Platz für die Platine begrenzt ist.

WellPCB ist ein Unternehmen, das Rigid-Flex-PCBs für Ihre Bedürfnisse designen kann. Sie können die gewünschten Abmessungen und Stückzahlen sowie die Lagenanzahl von 2 bis 12 wählen.

Kunden können auch die gewünschten Spezifikationen für starre und flexible Bereiche auswählen. Dazu gehören Polyimid-Dicke, Siebdruckfarbe, fertige Kupferdicke und andere Details. Das Unternehmen stellt sicher, dass Ihr Auftrag schnell bearbeitet und die Platine in kürzestmöglicher Zeit geliefert wird.

Materialwahl zur Optimierung der Montage von flexiblen und Rigid-Flex PCBs

Die Leistung jedes Produkts hängt von der Qualität seiner Materialien ab, und ein Rigid-Flex PCB ist da keine Ausnahme. Deshalb ist eine der entscheidenden Entscheidungen für optimale Zuverlässigkeit und gestraffte Montage flexibler Platinen die Wahl der richtigen Materialien. Das Substratmaterial sollte Klebefilm und Dielektrikumfilm haben, und beide sollten flexibel sein.

3.1 Substratmaterial-Typen

Sie finden drei verschiedene Substratmaterialien, die die Anforderungen erfüllen:

• Polyester – Wenn Sie eine kostengünstige Lösung anstreben, kann dies eine kluge Wahl sein.
• Polyimid – Die häufigste Wahl, da es ein hervorragendes Verhältnis von Qualität und Kosten bietet.
• Fluoropolymer – Eine Wahl, die hauptsächlich in Luft- und Raumfahrt sowie Militärprojekten verwendet wird, wo Hochfrequenzanwendungen typisch sind.

Polyimid ist die Nummer-eins-Wahl der meisten Designer, da es eine ausgezeichnete Dielektrizitätskonstante aufweist, während es optimale mechanische und elektrische Eigenschaften beibehält. Es leistet hervorragende Arbeit bei der Feuchtigkeitsaufnahme und hat auch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen erhöhte Temperaturen.

Dort scheitert Polyester, da es bei weitem nicht so hitzebeständig ist. Deshalb kann es in puncto Zuverlässigkeit die falsche Wahl sein, und Sie sollten es nur wählen, wenn Sie sicher sind, dass es die Anforderungen Ihres Produkts erfüllt.

Was Sie über die Fertigungstechnologie eines Rigid-Flex PCBs wissen sollten

Die Grundidee der Rigid-Flex-PCB-Fertigung liegt in einer Sache: dem Stapeln von Lagen (Stack-up). Das Ziel ist, die Beschichtungen zu stapeln und sicherzustellen, dass sie durch metallisierte Durchkontaktierungen (Plated Through Holes) verbunden sind. Dies erreichen Sie, indem Sie die starren und flexiblen Lagen in der korrekten Reihenfolge wählen.

Dank der Tatsache, dass Sie nicht dieselben Steckverbinder wie in anderen elektronischen Anwendungen verwenden, können Sie die Größe der Platine und des gesamten Produkts reduzieren. Rigid-Flex-Boards können die Zuverlässigkeit auf die nächste Stufe heben, da sie die durch Steckverbinder und Kabelbäume verursachte Wärme lösen können.

Hersteller designen PCB-Boards seit Jahrzehnten mit dem Stack-up-Prozess. Der Prozess wurde im Laufe der Zeit perfektioniert, und heute wenden die meisten Unternehmen FR4-Material als externe starre Platine an und schützen das Schaltkreismuster mit einer Lötstoppmaske.

Für den flexiblen Teil sollten Sie Kupfer verwenden, um die doppelseitige Platine aus Polyimid oder einem anderen Material Ihrer Wahl zu bedecken. Dies wird als flexibler Kern verwendet, und das Schaltkreismuster sollte mit einem Acrylfilm geschützt werden. Der nächste Schritt ist das Laminieren all dieser Elemente zur Herstellung einer Platine.

4.1 Embedded Manufacturing Technology (Eingebettete Fertigungstechnologie)

Wenn Sie flexible Leiterplatten fertigen möchten, sollten Sie mehr über die sogenannte Embedded Technology erfahren.

Der Prozess beinhaltet das Drucken einer Platine, indem Schaltungseinheiten in eine starre Platine eingebettet werden. Der nächste Schritt ist der Aufbau (Build-up), und Sie sollten beachten, dass die Verbindung zwischen starren und flexiblen Schaltungen von Buried Vias und Blind Vias abhängt.

Die Idee der Embedded Technology ist es, die Größe flexibler Schaltungen zu reduzieren, während ein hohes Zuverlässigkeitsniveau beibehalten wird. Damit können Sie Abfall minimieren und den Montageprozess straffen, während Sie dieselben Vorteile wie starre und HDI-Boards gewährleisten.

Der entscheidende Schritt liegt im Stapeln (Layering) nach dem Einbetten der flexiblen Schaltung in eine starre Platine. Dies ermöglicht eine verbesserte Nutzungsrate des flexiblen Substratmaterials.

In vielen Anwendungen löst dieser Ansatz Probleme im Zusammenhang mit der Fertigung und hilft, den Prozess zu straffen. Er wirkt sich auch positiv auf die Ausschussrate aus, was die Fertigungskosten der gewünschten Platinen optimieren kann.

Design-Tipps zur Optimierung der Montage von flexiblen und Rigid-Flex PCBs

Wir haben bereits festgestellt, dass Rigid-Flex-Boards ein Fortschritt sind, um unnötige Verbindungsleitungen zu eliminieren und eine bequeme Möglichkeit zu bieten, maximale Zuverlässigkeit bei Einsparung von Platz und Kosten zu gewährleisten.

Sie sollten wissen, dass der eigentliche Designprozess nicht so sehr von einem standardmäßigen starren Board abweicht. Der einzige Unterschied ist, dass Sie besondere Sorgfalt auf die flexible Komponente verwenden müssen.

Es ist ein kluger Schachzug, professionelle Software für einen Mockup zu verwenden, obwohl Sie es sogar auf einem Blatt Papier skizzieren können. Die Idee ist zu bestätigen, dass das geplante Design den mechanischen Eigenschaften des Substratmaterials entspricht.

Einige weitere Tipps, die Sie anwenden können, um den Montageprozess zu straffen:

• Leiter immer senkrecht zum Biegeradius platzieren. Dadurch erreichen Sie zusätzliche Flexibilität und Zuverlässigkeit des Produkts.
• Nicht vergessen, einen Steifverstärker (Stiffener) für die Endzonen zu verwenden.
• Anstatt massiver Ebenen (Solid Planes) ein Crosshatch-Muster (Gitter) beim Schirmen zu verwenden.
• Biegebereiche sollten keine Durchkontaktierungen (Through-Holes) in ihrer Nähe haben.

Fazit

Rigid-Flex PCB bietet viele Vorteile gegenüber Standard-Leiterplatten. Wenn Sie nach einem Weg suchen, die Zuverlässigkeit durch Entfernen von Steckverbindern und Reduzieren von Lötverbindungen zu erhöhen, können Rigid-Flex-Lösungen Ihre Erwartungen erfüllen.

Stellen Sie sicher, dass Sie die Design-Tipps und anderen aus diesem Artikel gewonnenen Erkenntnisse anwenden, die Montage straffen und den gesamten Fertigungsprozess schneller und komfortabler machen. Solange Sie das richtige Unternehmen für die Konstruktion wählen, sind Sie auf dem richtigen Weg, schnell ein zuverlässiges Produkt auf den Markt zu bringen!