Wege in die 3. Dimension von Leiterplatten. FED-Regionalgruppe Österreich

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1 Wege in die 3. Dimension von Leiterplatten FED-Regionalgruppe Österreich LEITERPLATTEN LEITERPLATTEN INDIVIDUELL INDIVIDUELL KOMPETENT KOMPETENT PERSÖNLICH PERSÖNLICH LEITERPLATTEN LEITERPLATTEN

2 Einstieg f(x) Größe

3 AGENDA Auswahl der richtigen Technologie Umsetzung des Designs Herstellungsverfahren Besondere Hinweise Lösungsvorschläge

5 Grundlagen Starrflexible Leiterplatten Semiflex Leiterplatten HSMtec 3D Leiterplatten 5

6 Funktionsprinzip Starrflexible Leiterplatte 6

7 Funktionsprinzip Semiflex Leiterplatte 7

8 Funktionsprinzip HSMtec 3D Leiterplatte 120 Kerbfräsung bei sich schließender Kerbe durch Biegen (1) 90 Kerbfräsung bei sich öffnender Kerbe durch Biegen (2) 3,0 mm Profil-/Drahtlänge bis Biegekante (3) 8

9 Auswahl der richtigen Technologie Starrflexible LP Semiflex LP HSMtec 3D Biegeradius 1 mm 5 mm max. 90 Mehrfachbiegungen Ja max. 20 max. 2-3 UL zertifiziert Ja Ja Ja HDI tauglich Ja Ja Ja Selbsttragend Nein Nein Ja Impedanzkontrolliert Ja Ja Nein Biegelagen 2 lagig 2 lagig 1 lagig 9

11 Designvorgaben Starrflexible Leiterplatte Polyimid 25 µm Starrer Teil FR4 0,8 mm 2,0 mm 2. Polyimid 50 µm oder 100 µm 3. Basiskupfer 18 µm - Endkupfer 50 µm oder Basiskupfer 35 µm - Endkupfer 70 µm 11

12 Designvorgaben Starrflexible Leiterplatte Flexlage außen 1. Abstand Kupfer zum Rand min. 0,3 mm / 12 mil für Fräsen min. 0,6 mm / 23,6 mil für Ritzen (LP-Dicke 1,6 mm) min. 0,7 mm / 27,6 mil für Ritzen (LP-Dicke > 1,6 mm) 2. min. Leiterstruktur im starren Bereich: 0,125 mm / 5 mil 3. Überlappung min. 1mm (40 mil) auf starren Teil. In diesem Bereich dürfen keine Lötflächen, Bohrungen und Vias sein. 4. Abstand Kupfer zum Rand min. 0,5 mm / 20 mil 5. min. Leiterbreite 0,15 mm / 6 mil 6. min. Leiterabstand 0,15 mm / 6 mil 12

13 Designvorgaben Starrflexible Leiterplatte Flexlage innen Im Flexbereich: 1. min. Leiterbreite 0,15 mm / 6 mil 2. min. Leiterabstand 0,15 mm / 6 mil 3. Min. Abstand zu Kontur 1,0 mm / 40 mil Im starren Bereich: 4. min. Leiterbreite 0,15 mm / 6 mil 5. min. Leiterabstand 0,15 mm / 6 mil 6. Min. Abstand zu Kontur 1,0 mm / 40 mil 13

14 Designvorgaben Semiflex Leiterplatte Reststeg abhängig vom Prepregtyp: : 63 µm : 110 µm Starrer Teil FR4 0,8 mm 2,4 mm Basiskupfer 18 µm - Endkupfer 50 µm oder Basiskupfer 35 µm - Endkupfer 70 µm Biegewinkel mind. Länge 45 4 mm 90 8 mm mm 14

15 Designvorgaben Semiflex Leiterplatte 1. Abstand Kupfer zum Rand min. 0,3 mm / 12 mil für Fräsen min. 0,6 mm / 23,6 mil für Ritzen (LP-Dicke 1,6 mm) min. 0,7 mm / 27,6 mil für Ritzen (LP-Dicke > 1,6 mm) 2. min. Leiterstruktur im starren Bereich: 0,1 mm / 4 mil 3. Überlappung min. 1mm (40 mil) auf starren Teil. In diesem Bereich dürfen keine Lötflächen, Bohrungen und Vias sein. 4. Abstand Kupfer zum Rand min. 0,3 mm / 12 mil Line/Space: 0,1 mm / 4 mil 15

16 LP-Dicke Designvorgaben HSMtec Leiterplatte a) 24,3 mm b) 49,3 mm c) 25,0 mm a) 25,0 mm Outer Layer b) 50,0 mm c) 25,0 mm a) Construction measure e.g. 24,3 mm is 25,0 mm after bending b) Construction measure e.g. 49,3 mm is 50,0 mm after bending c) Construction measure e.g. 25,0 mm is 25,0 mm after bending 16

17 LP-Dicke Designvorgaben HSMtec Leiterplatte d) 0,7 mm g) 90 e) 120 f) 90 Outer Layer g) 90 d) Residual thickness notch tips to topside = 0,7 mm e) Angle of the notch when the notch is closed = 120 f) Angle of the notch when the notch is opened = 90 g) Bending angle 90 17

18 LP-Dicke Designvorgaben HSMtec Leiterplatte k) k) h) i) i) Outer Layer h) k ) j) l) k ) h) Minimum length of copper wire to the notch line 3,0 mm i) Minimum length of copper wire 8,0 mm j) Minimal distance from wire center to wire center 1,5 mm k) Keepout at notch = 0,6 mm l) Minimum line width 1,0 mm 18

19 LP-Dicke Designvorgaben HSMtec Leiterplatte a) 24,3 mm l) b) 49,3 mm c) 25,0 mm l) a) 25,0 mm h) d) 0,7 mm i) k) k) g) 90 h) e) 120 f) 90 k) k) i) l) j) m ) a) x b) x c) x d) l) x e) x f) X g) X h) X Outer Layer g) 90 c) 25,0 mm b) 50,0 mm a) Construction measure e.g. 24,3 mm is 25,0 mm after bending b) Construction measure e.g. 49,3 mm is 50,0 mm after bending c) Construction measure e.g. 25,0 mm is 25,0 mm after bending d) Residual thickness notch tips to topside = 0,7 mm e) Angle of the notch when the notch is closed = 120 f) Angle of the notch when the notch is opened = 90 g) Bending angle 90 h) Minimum length of copper wire to the notch line 3,0 mm i) Minimum length of copper wire 8,0 mm j) Minimal distance from wire center to wire center 1,5 mm k) Keepout at notch = Notch width at this point + (2 * 0,4mm) (more details see slide Keepout for 3D PCBs ) l) Keepout at notch = 0,6 mm m) Minimum line width 1,0 mm 19

20 LP-Dicke Designvorgaben HSMtec Leiterplatte a) 24,0 mm b) 49,3 mm c) 25,3 mm a) 25,0 mm l) l) h) d) 1,0 mm i) k) n) e) 120 f) 90 k) k) i) Inner layer g) 90 b) 50,0 mm h) n ) j) m ) a) x n b) ) x c) x d) x e) x f) n X ) g) X h) X g) 90 c) 25,0 mm a) Construction measure e.g. 24,0 mm is 25,0 mm after bending b) Construction measure e.g. 49,3 mm is 50,0 mm after bending c) Construction measure e.g. 25,3 mm is 25,0 mm after bending d) Residual thickness notch tips to topside = 1,0 mm e) Angle of the notch when the notch is closed = 120 f) Angle of the notch when the notch is opened = 90 g) Bending angle 90 h) Minimum length of copper wire to the notch line 3,0 mm i) Minimum length of copper wire 8,0 mm j) Minimal distance from wire center to wire center 1,7 mm k) Keepout at notch = Notch width at this point + (2 * 0,4mm) (more details see slide Keepout for 3D PCBs ) l) Keepout at notch = 1,5 mm m) Minimum line width 1,5 mm n) Keepout at notch = 0,6 mm 20

21 LP-Dicke Designvorgaben HSMtec Leiterplatte a) 24,3 mm b) 49,3 mm c) 25,0 mm a) 25,0 mm l) l) h) d) 0,7 mm i) k) k) g) 90 e) 120 f) 90 h) k) k) i) i) l) j) j) j) m ) a) x b) x c) x d) h) x e) x f) X Outer Layer g) 90 c) 25,0 mm b) 50,0 mm g) X h) X a) Construction measure e.g. 24,3 mm is 25,0 mm after bending b) Construction measure e.g. 49,3 mm is 50,0 mm after bending c) Construction measure e.g. 25,0 mm is 25,0 mm after bending d) Residual thickness notch tips to topside = 0,7 mm e) Angle of the notch when the notch is closed = 120 f) Angle of the notch when the notch is opened = 90 g) Bending angle 90 h) Minimum length of copper profile to the notch line 4,0 mm i) Minimum length of copper profile 10,0 mm j) Minimum distance between profiles: bei 2 Profilen 2,2 mm, ab 3 Profilen 3,5 mm k) Keepout at notch = Notch width at this point + (2 * 0,4mm) (more details see slide Keepout for 3D PCBs ) l) Keepout at notch 0,6 mm m) Minimum line width: at profile width 2 mm 3,0 mm; at profile width 4 mm 5,0 21

22 LP-Dicke Designvorgaben HSMtec Leiterplatte a) 24,0 mm b) 49,3 mm c) 25,3 mm a) 25,0 mm l) l) h) d) 1,0 mm i) k) n) e) 120 f) 90 g) 90 h) k) k) i) i) l) j) j) j) m ) m ) m ) a) x b) x c) x d) x e) x f) X Inner layer g) 90 c) 25,0 mm b) 50,0 mm a) Construction measure e.g. 24,0 mm is 25,0 mm after bending b) Construction measure e.g. 49,3 mm is 50,0 mm after bending c) Construction measure e.g. 25,3 mm is 25,0 mm after bending d) Residual thickness notch tips to topside = 1,0 mm e) Angle of the notch when the notch is closed = 120 f) Angle of the notch when the notch is opened = 90 g) Bending angle 90 h) Minimum length of copper profile to the notch line 4,0 mm i) Minimum length of copper profile: at profile width 2 or 4 mm 10,0 mm; at profile width 8 or 10 mm 19,0 mm m ) g) X h) X i) Minimum distance between profiles: at 2 profiles 2,2 mm, from 3 profiles 3,5 mm j) Keepout at notch = Notch width at this point + (2 * 0,4mm) (more details see slide Keepout for 3D PCBs ) k) Keepout at notch = 1,5 mm l) Minimum line width: at profile width 2 mm 4,0 mm; at profile width 4 mm 6,0; at profile width 8 mm 10,0 mm; at profile width 10 mm 12,0 m) Keepout at notch = 0,6 mm 22

24 Herstellungsverfahren Starrflexible Leiterplatte 24

25 Herstellungsverfahren Semiflex Leiterplatte 25

26 Herstellungsverfahren HSMtec 3D Leiterplatte 26

27 Herstellungsverfahren - Zusammenfassung großer Mehraufwand bei der Herstellung des Leiterplatten-Verbundes zusätzliche Deckfolie oder Flexlack Flexbereich Freifräsen geringster Mehraufwand Flexlack Drucken Tiefenfräsung Fügen der Drähte und/oder Profile Prepreg Fräsen (bei Profilen) Kerbfräsen im Biegebereich 27

29 Besondere Hinweise Starrflexible Leiterplatte Wir bei Häusermann sind Experten wenn es darum geht, den Herausforderungen, welche die Fertigung einer 3D-Leiterplatte mit sich bringt, zu begegnen: hohe Qualitätsansprüche mehrfaches Reinigen mehrfaches Tempern hochpräziser Laserzuschnitt optimales Fräsequipment Design so groß wie möglich so klein wie notwendig hohe Dimensionsstabilität trotz unterschiedlicher Materialien Verarbeitungshinweise betreffend Weiterverarbeitung (erhöhte Wasseraufnahme) 29

30 Besondere Hinweise Semiflex Leiterplatte Beratung betreffend Einbausituation Reststegtiefe abhängig vom Lagenaufbau (individuell) Dimensionierung Biegebereich Einsatz von Prepreg 1080 und / oder 2116 vorteilhaft Flexlack ist kostengünstiger hat technologische Einschränkungen Alternative => Deckfolie 30

31 Besondere Hinweise HSMtec 3D Leiterplatte bestes Fräsequipment Beratung betreffend Einbausituation Biegevorrichtung vorteilhaft feine Strukturen über Biegebereich nur schwer realisierbar 31

32 Besondere Hinweise - Zusammenfassung Hohe Qualitätsansprüche Design in Absprache mit uns Hohe Dimensionsstabilität Weiterverarbeitung Einbausituation fixe Montage Flexibler Lötstopplack Fräsequipment Biegevorrichtung Einschränkung feine Strukturen über den Biegebereich 32

33 Allgemein: Nutzengestaltung Bessere Flächennutzung beim Leiterplattenhersteller = (lassen Sie uns bei der Entwicklung der Mechanik und der Nutzengestaltung mitarbeiten) 33

35 Anwendungsbeispiele Starrflex 35

36 Anwendungsbeispiele - Semiflex 36

37 Anwendungsbeispiele - HSMtec 3D 37

38 Anwendungsbeispiele - HSMtec 3D Solar - Außenleuchte * Quelle: EcoliGhts 38

39 Anwendungsbeispiele - HSMtec 3D Architektur - Effektleuchten Biegbares Linienmodul * Quelle: LDDE 39

40 Anwendungsbeispiele - HSMtec 3D LED Straßenleuchte All-In-One-Konzept 32 LEDs Cree XLamp XP-E 40 W Gesamtleistung (ca. 1.1 Watt pro LED) 100 Lumen Lichtausbeute pro LED Betriebsstunden (bei 70 % Lichtstromabfall) Mechanisch stabile LED-Segmente ersetzen zusätzlichen Montage- und Verkabelungsaufwand Vereinfachtes Handling Integrierte Wärmeführung zu einer zentralen Wärmesenke Hohe photometrische Flexibilität Individuell ausrichtbare selbsttragende LED -Leiterplatten - Segmente * Bildquelle: Schreder Group G.l.E. 40

41 Anwendungsbeispiele - HSMtec 3D Thermisches und mechanisches Konzept 4-Lagen ML, 1.2 mm Dicke Microvias zur thermischen Ankontaktierung der LED s 12 mm breite innenliegende Kupferprofile zur Wärmeführung in der Leiterplatte Thermo-Vias führen die Wärme an die Oberfläche zum Kühlkörper Einsatz einer zentralen Wärmesenke für alle 32 LEDs In die Biegekante integrierte 2 mm breite Kupferprofile zur elektrischen Ansteuerung Selbsttragende, flexible Elemente erlauben die individuelle Anpassung des Abstrahlwinkels der einzeln LEDs Kerbfräsungen an den Sollbiegestellen erlauben Biegeradien bis zu 90 41

42 Design-to-cost Reden Sie mit uns Nehmen Sie frühzeitig Kontakt mit uns auf! HÄUSERMANN GmbH A-3571 Gars am Kamp, Zitternberg 100 Phone Fax Web 42

43 Wir finden gemeinsam eine Lösung Lassen Sie sich von unserem Spezialisten-Team beraten. Unkompliziert. Kompetent. Aktiv. HÄUSERMANN GmbH A-3571 Gars am Kamp, Zitternberg 100 Phone , Fax Web HÄUSERMANN GmbH 2017 Im Sinne einer besseren Lesbarkeit der Texte wurde von uns entweder die männliche oder weibliche Form von personenbezogenen Hauptwörtern gewählt. Dies impliziert keinesfalls eine Benachteiligung des jeweils anderen Geschlechts. Wenn wir also beispielsweise von Kunden und Partnern sprechen, meinen wir natürlich auch Kundinnen und Partnerinnen. Frauen und Männer mögen sich von den Inhalten unserer Präsentation gleichermaßen angesprochen fühlen. 43