Was ist ein Rigid-Flex-PCB-Stackup?

In der heutigen schnelllebigen Technologiewelt werden elektronische Geräte immer fortschrittlicher und kompakter. Um den Anforderungen dieser modernen Geräte gerecht zu werden, entwickeln sich Leiterplatten (PCBs) ständig weiter und integrieren neue Designtechniken. Eine dieser Technologien ist der Rigid-Flex-PCB-Stackup, der viele Vorteile in Bezug auf Flexibilität und Zuverlässigkeit bietet.In diesem umfassenden Leitfaden erfahren Sie, was ein Starrflex-Leiterplattenaufbau ist, welche Vorteile er bietet und wie er aufgebaut ist.

Bevor wir uns mit den Details befassen, gehen wir zunächst die Grundlagen des PCB-Stackups durch:

Beim PCB-Stackup handelt es sich um die Anordnung verschiedener Leiterplattenschichten innerhalb einer einzelnen Leiterplatte. Dabei werden verschiedene Materialien zu mehrschichtigen Platinen kombiniert, die elektrische Verbindungen ermöglichen. Traditionell werden bei einem starren Leiterplattenaufbau nur starre Materialien für die gesamte Platine verwendet. Mit der Einführung flexibler Materialien entstand jedoch ein neues Konzept: der Starr-Flex-PCB-Aufbau.

Was genau ist ein Starr-Flex-Laminat?

Ein Starr-Flex-PCB-Stackup ist eine Hybridplatine, die starre und flexible PCB-Materialien kombiniert. Es besteht aus abwechselnd starren und flexiblen Schichten, sodass sich die Platine je nach Bedarf biegen oder biegen lässt und gleichzeitig ihre strukturelle Integrität und elektrische Funktionalität beibehält. Diese einzigartige Kombination macht starr-flexible Leiterplattenstapel ideal für Anwendungen, bei denen der Platz kritisch ist und eine dynamische Biegung erforderlich ist, wie z. B. Wearables, Luft- und Raumfahrtausrüstung und medizinische Geräte.

Lassen Sie uns nun die Vorteile der Wahl eines Rigid-Flex-PCB-Aufbaus für Ihre Elektronik erkunden.

Erstens ermöglicht seine Flexibilität, dass das Board in enge Räume passt und sich unregelmäßigen Formen anpasst, wodurch der verfügbare Platz maximiert wird. Diese Flexibilität reduziert auch die Gesamtgröße und das Gewicht des Geräts, da keine Anschlüsse und keine zusätzliche Verkabelung erforderlich sind. Darüber hinaus werden durch das Fehlen von Anschlüssen potenzielle Fehlerquellen minimiert und die Zuverlässigkeit erhöht. Darüber hinaus verbessert die Reduzierung der Verkabelung die Signalintegrität und reduziert Probleme mit elektromagnetischen Interferenzen (EMI).

Der Aufbau eines Starr-Flex-PCB-Aufbaus umfasst mehrere Schlüsselelemente:

Es besteht normalerweise aus mehreren starren Schichten, die durch flexible Schichten miteinander verbunden sind. Die Anzahl der Schichten hängt von der Komplexität des Schaltungsdesigns und der gewünschten Funktionalität ab. Starre Schichten bestehen typischerweise aus Standard-FR-4- oder Hochtemperaturlaminaten, während flexible Schichten aus Polyimid oder ähnlichen flexiblen Materialien bestehen. Um eine ordnungsgemäße elektrische Verbindung zwischen starren und flexiblen Schichten sicherzustellen, wird ein einzigartiger Klebstofftyp namens anisotroper leitfähiger Klebstoff (ACA) verwendet. Dieser Klebstoff stellt sowohl elektrische als auch mechanische Verbindungen her und gewährleistet so eine zuverlässige Leistung.

Um die Struktur eines Starr-Flex-Leiterplattenstapels zu verstehen, finden Sie hier eine Aufschlüsselung der 4-lagigen Starr-Flex-Leiterplattenstruktur:

Oberschicht:
Grüne Lötmaske ist eine Schutzschicht, die auf PCB (gedruckte Leiterplatten) aufgetragen wird.
Schicht 1 (Signalschicht):
Basiskupferschicht mit plattierten Kupferspuren.
Schicht 2 (Innenschicht/dielektrische Schicht):
FR4: Dies ist ein häufig in Leiterplatten verwendetes Isoliermaterial, das für mechanische Unterstützung und elektrische Isolierung sorgt.
Schicht 3 (Flexschicht):
PP: Eine Klebeschicht aus Polypropylen (PP) kann die Leiterplatte schützen
Schicht 4 (Flexschicht):
Deckschicht PI: Polyimid (PI) ist ein flexibles und hitzebeständiges Material, das als schützende Deckschicht im flexiblen Teil der Leiterplatte verwendet wird.
Deckschicht AD: schützt das darunter liegende Material vor Schäden durch äußere Umgebung, Chemikalien oder physische Kratzer
Schicht 5 (Flexschicht):
Basiskupferschicht: Eine weitere Kupferschicht, die typischerweise für Signalspuren oder Stromverteilung verwendet wird.
Schicht 6 (Flexschicht):
PI: Polyimid (PI) ist ein flexibles und hitzebeständiges Material, das als Basisschicht im flexiblen Teil der Leiterplatte verwendet wird.
Schicht 7 (Flexschicht):
Basiskupferschicht: Eine weitere Kupferschicht, die typischerweise für Signalleitungen oder Stromverteilung verwendet wird.
Schicht 8 (Flexschicht):
PP: Polypropylen (PP) ist ein flexibles Material, das im flexiblen Teil der Leiterplatte verwendet wird.
Cowerlayer AD: schützt das darunter liegende Material vor Schäden durch äußere Umgebung, Chemikalien oder physische Kratzer
Deckschicht PI: Polyimid (PI) ist ein flexibles und hitzebeständiges Material, das als schützende Deckschicht im flexiblen Teil der Leiterplatte verwendet wird.
Schicht 9 (innere Schicht):
FR4: Zur zusätzlichen mechanischen Unterstützung und elektrischen Isolierung ist eine weitere FR4-Schicht enthalten.
Schicht 10 (untere Schicht):
Basiskupferschicht mit plattierten Kupferspuren.
Untere Schicht:
Grüner Lötstopplack.

Bitte beachten Sie, dass es für eine genauere Beurteilung und spezifische Designüberlegungen empfohlen wird, sich an einen PCB-Designer oder -Hersteller zu wenden, der detaillierte Analysen und Empfehlungen basierend auf Ihren spezifischen Anforderungen und Einschränkungen bereitstellen kann.

Zusammenfassend:

Der Rigid-Flex-PCB-Aufbau ist eine innovative Lösung, die die Vorteile von starren und flexiblen PCB-Materialien vereint. Aufgrund seiner Flexibilität, Kompaktheit und Zuverlässigkeit eignet es sich für verschiedene Anwendungen, die Platzoptimierung und dynamisches Biegen erfordern. Das Verständnis der Grundlagen von Starr-Flex-Stackups und ihrer Konstruktion kann Ihnen dabei helfen, fundierte Entscheidungen bei der Entwicklung und Herstellung elektronischer Geräte zu treffen. Da die Technologie weiter voranschreitet, wird die Nachfrage nach starr-flexiblen Leiterplattenstapeln zweifellos steigen und die weitere Entwicklung in diesem Bereich vorantreiben.