Rigid Flex Leiterplatten, wie der Name schon sagt, spezielle platine, die durch die Kombination von starre Leiterplatten mit flexible platine in speziellen Herstellungsverfahren hergestellt werden.
Diese Kombination bewahrt nicht nur die hohe Festigkeit, Zuverlässigkeit und die Vorteile der mehrschichtigen Verdrahtung von starren Leiterplatten, sondern verleiht der Leiterplatte auch in bestimmten Bereichen biegsame und faltbare Eigenschaften.
Der „starre” Teil: Hier werden in der Regel Materialien verwendet, die denen herkömmlicher Leiterplatten ähneln (z. B. FR-4), um die strukturelle Integrität für die Montage primärer elektronischer Komponenten zu gewährleisten, die eine stabile Halterung erfordern (z. B. Chips, Steckverbinder, große Kondensatoren).
Der „flexible” Abschnitt: Hier werden in der Regel flexible Substrate wie Polyimid (PI) verwendet, die sich durch geringes Gewicht, geringe Dicke, Biegsamkeit und Faltbarkeit auszeichnen. Dieser Abschnitt verbindet verschiedene starre Bereiche miteinander oder ermöglicht eine dreidimensionale Verlegung innerhalb des Geräts.
Integration ist der Schlüssel: Spezielle Klebstoffe und Laminierungsverfahren verbinden starre und flexible Abschnitte nahtlos und zuverlässig zu einer miteinander verbundenen monolithischen Struktur, wodurch zusätzliche Steckverbinder und Kabel überflüssig werden.
Die Kernmaterialien für rigid flex leiterplatten sind das starre Substrat FR4 (glasfaserverstärktes Epoxidlaminat) und das flexible Substrat Polyimid (PI). FR4 bietet eine robuste mechanische Unterstützung und zuverlässige elektrische Isolierung, während PI außergewöhnliche Flexibilität und hohe Temperaturbeständigkeit verleiht. Diese Materialien werden durch Verfahren wie Kompressionslaminierung fest miteinander verbunden, wodurch die einzigartige Leistung der rigid flex leiterplatten erzielt wird.
FCCL (Flexible Copper Clad Laminate)
Zusammensetzung des Kernmaterials
Das Kernmaterial von FCCL besteht aus Polyimid (PI) oder Polyester (PET) Folie in Kombination mit Kupferfolie (einschließlich elektrolytischer Kupferfolie und gewalzter Kupferfolie).
Klassifizierung
Klebstoffgebundenes FCCL: Die Kupferfolie wird mit einem Klebstoff (z. B. Epoxidharz) auf das Substrat geklebt. Dieser Typ ist relativ kostengünstig, unterliegt jedoch Einschränkungen hinsichtlich Dicke und Flexibilität.
Klebstofffreies FCCL: Die Kupferfolie wird chemisch direkt mit dem Substrat verbunden. Es ermöglicht dünnere Profile (z. B. bis zu 12,5 μm) und eine überlegene Flexibilität, wodurch es sich hervorragend für Designs mit hoher Dichte wie faltbare Bildschirmprodukte eignet.
Gängige Basis material typen
Polyimid (PI)
Vorteile: Besitzt eine hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit, hält bei längerem Gebrauch Temperaturen von 260 °C und kurzzeitig sogar 400 °C stand; weist eine außergewöhnliche Reißfestigkeit auf; bietet hervorragende elektrische Isolationseigenschaften; behält eine hohe Dimensionsstabilität mit einer Feuchtigkeitsaufnahme von 0,2–0,4 % bei.
Nachteile: Relativ hohe Kosten, die 30–40 % der FCCL-Ausgaben ausmachen; erfordert die Berücksichtigung einer möglichen Dimensionsausdehnung bei Feuchtigkeitsaufnahme.
Anwendungen: Wird häufig in Mobiltelefon-Motherboards, Automobilelektronik und in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt (z. B. Kapton® HN-Serie).
Wichtige Kriterien für die Auswahl von Klebstoffen
Duroplastische Klebstoffe (z. B. Epoxidharze): Bieten hohe Temperaturbeständigkeit und starke Haftfestigkeit, geeignet für Reflow-Lötprozesse.
Thermoplastische Klebstoffe (z. B. Polyester): Bieten gute Flexibilität, aber geringere Temperaturbeständigkeit (unter 120 °C), werden hauptsächlich für temporäre Schutzanwendungen verwendet.
Polyester (PET)
Vorteile: Geringe Kosten, etwa ein Drittel bis ein Fünftel der Kosten von PI; gute Flexibilität; zufriedenstellende Wasserbeständigkeit.
Nachteile: Schlechte Hochtemperaturleistung mit einem Schmelzpunkt von 250 °C und einer kurzfristigen Temperaturbeständigkeit von maximal 150 °C; neigt bei Erwärmung zum Schrumpfen mit einer Schrumpfrate zwischen 1 und 2 %.
Anwendungsbereiche: Wird hauptsächlich in der Unterhaltungselektronik (z. B. Membranschalter) und in kostengünstigen Sensoren verwendet.
Coverlay
Funktionsbeschreibung
Coverlays dienen in erster Linie dem Schutz von Schaltkreisen, der Isolierung und der Verbesserung der mechanischen Festigkeit.
Kriterien für die Materialauswahl
PI-Coverlay: Kompatibel mit PI substrate, bietet hohe Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit, geeignet für Anwendungen, die langfristige Zuverlässigkeit erfordern.
Epoxidharz (FR4) Coverlay: Geringere Kosten, jedoch mit relativ schlechterer Flexibilität und Temperaturbeständigkeit, wird vorwiegend in Bereichen mit starren Leiterplatten verwendet.
Acrylkleber: Hervorragende Transparenz, geeignet für Displaymodule (z. B. OLED-Bildschirmverklebung).
Eigenschaften von rigid flex leiterplatten
Vorteile:
1) Geeignet für faltbare Strukturen wie Klapphandys und Slider-Handys.
2) Eliminiert Verbindungsstücke zwischen starren und flexiblen Leiterplatten und verbessert so die Verbindungszuverlässigkeit.
3) Ermöglicht 3D-Montageanforderungen.
4) Vereinfacht Montageprozesse durch Reduzierung der Anzahl von Komponenten und Schritten.
5) Erleichtert die Produktminiaturisierung durch die Verwendung dünnerer Materialien.
Nachteile:
1) Derzeit höhere Kosten.
2) Begrenzte Anzahl von Lieferanten, insbesondere für HDI-Rigid-Flex.
3) Weniger Design-Erfahrung verfügbar.
Hauptanwendungsbereiche für rigid flex leiterplatten
Unterhaltungselektronik
Rigid flex leiterplatten werden häufig in Smartphones, Tablets und Wearables verwendet. In Smartphones verbinden sie wichtige Komponenten wie Kameras und ermöglichen so kompakte Designs und eine verbesserte Leistung. In faltbaren Geräten ist ihre Biegsamkeit entscheidend für den Einsatz flexibler Bildschirme und treibt die Entwicklung der Faltbildschirmtechnologie voran.
Automobilelektronik
In der Automobilelektronik spielen rigid flex leiterplatten eine entscheidende Rolle, insbesondere in Fahrzeugen mit neuen Energien. Sie werden häufig in Kernkomponenten wie Fahrzeugdisplays, Sensoren und Batterie management systemen eingesetzt und gewährleisten einen stabilen Betrieb in anspruchsvollen Umgebungen. Sie werden auch häufig in ADAS- und Elektrofahrzeug-Steuermodulen verwendet und verbessern so die Sicherheit und Intelligenz von Fahrzeugen.
Medizinische Geräte
Rigid flex leiterplatten finden breite Anwendung in medizinischen Geräten wie Endoskopen, Herzschrittmachern und tragbaren Diagnosegeräten. Ihre hohe Präzision und Zuverlässigkeit gewährleisten einen sicheren und stabilen Betrieb und ermöglichen eine präzise Bildübertragung und -bearbeitung in Endoskopen, wodurch die Diagnosegenauigkeit und -effizienz verbessert wird.
Industrielle Automatisierung
In der industriellen Automatisierung spielen rigid flex leiterplatten eine zentrale Rolle, insbesondere in der Industrierobotik und in Sensorsteuerungsmodulen. Ihre hohe Integrationsdichte und ihre außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften schützen Industrieanlagen zuverlässig vor komplexen, rauen Umgebungen. Darüber hinaus werden diese Leiterplatten in industriellen Automatisierungssystemen in speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) eingesetzt, wodurch der Automatisierungsgrad und die Betriebseffizienz erheblich gesteigert werden.
Luft- und Raumfahrt
In der Luft- und Raumfahrt nehmen rigid flex leiterplatten eine zentrale Position ein und spielen insbesondere in Satellitenkommunikationsgeräten und Flugsteuerungssystemen eine wichtige Rolle. Ihr leichtes Design und ihre außergewöhnliche Zuverlässigkeit gewährleisten einen stabilen Betrieb von Luft- und Raumfahrtgeräten unter extremen Umgebungsbedingungen. In Satellitenkommunikationssystemen übernehmen rigid flex leiterplatten beispielsweise die kritischen Aufgaben der Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung und Datenverarbeitung und verbessern so die Effizienz und Sicherheit von Weltraummissionen erheblich.
Internet der Dinge (IoT)
In IoT-Geräten finden rigid flex leiterplatten breite Anwendung und kommen häufig in Smart-Home-Systemen und Edge-Computing-Geräten zum Einsatz. Ihre hohe Integrationsdichte und hervorragende Signalintegrität gewährleisten einen effizienten Gerätebetrieb und eine stabile Datenübertragung. In Smart Homes ermöglichen sie beispielsweise eine intelligente Steuerung und Datenübertragung und verbessern so die Automatisierungsfunktionen und das Benutzererlebnis.
