Polyimid-Leiterplatten: Hochleistungsmaterialien für anspruchsvolle Elektronik

Die meisten Hersteller fertigen ihre Leiterplatten aus FR4-Material – und das aus gutem Grund: Diese Boards sind kostengünstig und für zahlreiche Anwendungen bestens geeignet. Doch neben FR4 gibt es weitere Leiterplattenmaterialien, die für spezifische Einsatzzwecke ideal sein können. Ein hervorragendes Beispiel dafür ist Polyimid. Die Eigenschaften von Polyimid-Leiterplatten können – abhängig von verschiedenen Faktoren – genau das Richtige für Ihre Projekte sein.

Doch wie erkennen Sie, ob Polyimid- oder Polyamid-Leiterplatten für Ihre Anwendung optimal sind?

In diesem Artikel erfahren Sie alles über die Merkmale dieser Boards, wie sie sich auf Ihre Arbeit auswirken und worauf Sie bei der Auswahl achten sollten.

Was ist eine Polyimid-Leiterplatte?

Polyimid-Schaltkreisplatte

Polyamide oder Polyimide sind Polymere, die aus Imid-Monomeren bestehen. Diese Polymerklasse umfasst verschiedene Materialien – sowohl synthetische als auch natürliche. Zu den natürlichen Polyamiden zählen beispielsweise Wolle und Seide.

Für die Leiterplattenfertigung verwenden Hersteller jedoch synthetisch massenproduzierte Polyamide als Basismaterial.

Wie werden synthetische Polyimide hergestellt? Durch Polymerisation verschiedener Elemente mit Imid-Strukturen, wobei Maleinsäureanhydrid und Bismaleimide zum Einsatz kommen. Die Art der verwendeten Additive und Chemikalien während der Polymerisation bestimmt letztlich den Typ des entstehenden Polyimids.

Typen von Polyimid-Leiterplatten

Im Folgenden werden die verschiedenen Polyimid-Leiterplattentypen vorgestellt:

Polyimid der 2. Generation (Reines Polyimid)

Reines Polyimid

Quelle: Pixels

Dieser Leiterplattentyp enthält keine zusätzlichen bromierten Flammschutzmittel – was ein entscheidender Vorteil ist. Der Verzicht auf Flammschutzmittel führt zu extremer Stabilität und Flexibilität. Daher eignet sich reines Polyimid bzw. Polyimid-Flex-Leiterplatten ideal für Kommunikations- und Elektrogeräte.

Zweifellos gehört dieser Polyimid-Typ zu den ältesten, doch dank seiner thermischen Stabilität und extremen Temperaturbeständigkeit findet er nach wie vor breite Anwendung.

Polyimid der 3. Generation

Bedruckte Leiterplatte

Das Polyimid der 3. Generation ist eine weiterentwickelte Version des reinen Polyimids. Es enthält Zusatzstoffe, die Flammwidrigkeit verleihen – ein wichtiger Schutz vor versehentlichen Elektrobränden.

Dieser Vorteil hat jedoch seinen Preis: Die thermische Stabilität ist geringer als bei reinem Polyamid. Dafür lässt sich diese Polyimid-Variante einfacher und schneller in großen Stückzahlen fertigen als andere flexible Polyimid-Leiterplatten.

Gefülltes Polyimid

Gefülltes Polyimid lässt sich als Mehrlagen-Leiterplatte klassifizieren, da es aus verschiedenen Füllmaterialien besteht, die Harzschrumpfung verhindern. Das System setzt sich aus Füllstoff und Polyimid zusammen.

Harzschrumpfung beeinträchtigt die Lebensdauer einer Leiterplatte erheblich: Sie macht Boards anfällig für Risse und Brüche während der Aushärtung oder Bohrung. Zusätzliche Füllstoffe erhöhen die mechanische Festigkeit und Haltbarkeit der Schaltung deutlich.

Low-Flow-Polyimide

Low-Flow-Polyimide sind in puncto Flexibilität das genaue Gegenteil von reinem Polyimid – man kann sie auch als starre Leiterplatten bezeichnen. Diese Eigenschaft ist besonders vorteilhaft, wenn die Anwendung eine starre PCB erfordert, die widrigen Bedingungen standhält.

Eigenschaften von Polyimid-Leiterplatten

Um das volle Potenzial einer Polyimid-Leiterplatte auszuschöpfen, ist es entscheidend, ihre Eigenschaften zu kennen:

Chemische Beständigkeit

Polyimid-Leiterplatten weisen chemische Stabilität auf. Das bedeutet: Auch bei Kontakt mit verschiedenen korrosiven Chemikalien treten keine nachteiligen Effekte auf.

Thermische Stabilität

Über einen weiten Temperaturbereich hinweg bleiben Polyimide extrem stabil. Die Leiterplatten halten Standardtemperaturen von bis zu 260 °C stand. Zudem verfügen sie über eine hervorragende thermische Leitfähigkeit, die thermische Schäden während Fertigung oder Reparatur verhindert.

Außergewöhnliche Flexibilität

Polyimid-Material bietet herausragende Flexibilität und eignet sich daher ideal für die Herstellung flexibler und starr-flexibler Leiterplatten.

Hohe Haltbarkeit

Neben chemischer und thermischer Beständigkeit sind Polyimid-Leiterplatten auch gegen physikalische Belastung resistent. Sie behalten ihre Form unabhängig von thermischen und mechanischen Einflüssen bei – perfekt für Feldreparaturen und raue Umgebungen.

Herausragende Zugfestigkeit

Zugfestigkeit beschreibt die maximale Last, die ein Material bei Dehnung ohne Bruch aufnehmen kann, geteilt durch seinen ursprünglichen Querschnitt. Obwohl Polyimid-Leiterplatten sehr flexibel sind, weisen sie hohe Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Verformung auf. Damit eignen sie sich ideal für Anwendungen, die physische Robustheit erfordern.

Anwendungsbereiche

Die häufigsten Einsatzgebiete von Polyimid-Leiterplatten umfassen:

Automobilelektronik

Elektronische Bauteile in der Automobilindustrie sind extremen Bedingungen ausgesetzt – von sommerlicher Hitze bis winterlicher Kälte bei gleichzeitigem Dauerbetrieb zahlreicher Komponenten. Hier sind langlebige Leiterplatten unverzichtbar, und Polyimid meistert diese Herausforderung souverän.

Autosicherungskasten mit Polyimid-Leiterplatte

Medizintechnik

Für anspruchsvolle medizinische Anwendungen wie Prothetik, fortschrittliche Bildgebung oder Implantate ist höchste Effizienz gefordert. Polyimid-Leiterplatten liefern genau diese Performance.

Prothesen mit Polyimid-Leiterplatten

Computer und Laptops

Flexibilität und Langlebigkeit sind entscheidend, um die tägliche physische Beanspruchung von Computern und Laptops zu bewältigen. Hinzu kommt die Wärmeentwicklung während des Betriebs. Polyimid- und Starrflex-Leiterplatten bieten hier die nötige thermische Stabilität, Flexibilität und Haltbarkeit.

Polyimid-Leiterplatte im Laptop

Polyimid vs. FR4 – Materialvergleich

Die folgende Tabelle vergleicht die Eigenschaften von Polyimid- und FR4-Materialien:

Fazit

Polyimid-Leiterplatten eignen sich für eine Vielzahl anspruchsvoller Anwendungen – dank ihrer einzigartigen Eigenschaften. Auch FR4-Material bleibt eine gute Option. Entscheidend ist, das Material zu wählen, das perfekt zu Ihrer spezifischen Anwendung passt.

Benötigen Sie Unterstützung bei der Entscheidung, ob Polyimid-Boards für Ihr Projekt ideal sind? Oder möchten Sie die bestmöglichen Leiterplatten beziehen? Kontaktieren Sie uns gerne – wir helfen Ihnen weiter.