FED Regionalgruppentreffen
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- Bastian Grosser
- vor 6 Jahren
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1 Starrflexible Leiterplatten FED Regionalgruppentreffen Uwe Braun, Director Sales D A CH
2 Das Unternehmen Wer ist ILFA? Wer ist ILFA? Unser Inhaber und Gründer geführtes Unternehmen entwickelt und produziert seit über 35 Jahren Leiterplatten Technologie für die High Tech Industrie. Mit einem erfahrenen Expertenteam schaffen wir innovative Feinst- und Mikrofeinstleiterlösungen.
3 Unsere Kompetenz Wir übernehmen alle Dienstleistungen, die erforderlich sind, um die Leiterplatten zu layouten und optimal für die Bestückung vorzubereiten. Unsere Leistungen CAD-Dienstleistungen zur Erstellung des Designs Scan Service für nichtdigitales Filmmaterial und Erstellen von Gerber Daten Layout-Überprüfung und Machbarkeitsanalyse Prototypen und Kleinserien Großserien über zertifizierte ILFA-Partner oder Abstimmung der Prototypenfertigung auf Verfahren und Prozesse der Dienstleister des Kunden Bestückung über Partnerunternehmen Erstellung von Prüfberichten Analysen und Testverfahren in unserem eigenen Labor
4 Agenda Warum Starrflex Verwendete Materialien Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Herausforderung Produktion von RFPC Standardbautypen RFPC Designregeln und Designempfehlungen Baugruppenfertigung und Handling Semiflexible Leiterplatten auf FR4-Basis 4
5 Einführung Warum Flex und Starrflex? cm x 4,5cm x 8,9cm 800gr 5
6 Einführung Warum Flex und Starrflex? cm x 6cm x 0,6 cm 132gr Steigende 3-D Packungsdichte Erhöhung der Zuverlässigkeit Miniaturisierung 6
7 Einführung Marktsegmente flexibler und starrflexibler Leiterplatten AUTOMOTIVE MEDIZINTECHNIK LUFT UND RAUMFAHRT COMPUTER MASCHINENBAU TELEKOMMUNIKATION 7
8 Agenda Warum Starrflex VERWENDETE MATERIALIEN Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Herausforderung Produktion von RFPC Standardbautypen RFPC Designregeln und Designempfehlungen Baugruppenfertigung und Handling Semiflexible Leiterplatten auf FR4-Basis 8
9 Verwendete Materialien Material (RFPC) starrer Bereich Zur Anwendung kommen alle gängigen starren Substrate: Epoxid-Laminate mit einem TG von C / z. B FR4 Hoch-TG Laminate mit einem TG > 170 C / z. B. BT, starres Polyimid, Cyanatester, Hoch-TG FR4 Hochfrequenzmaterial / z. B. Rogers, Arlon, Taconic 9
10 Verwendete Materialien Material (RFPC) flexibler Bereich Geeignete, kupferkaschierte Materialien für den flexiblen Bereich: Polyimid mit Kleber oder kleberlos LCP (Liquid Cristaline Polymere) Polyester wie PET (Polyethylenteraphthalat) und PEN (Polyethylennaphthalat) Epoxidharz in Verbindung mit dünnem Glasgewebe ( Low Cost Starr-Flex ) 10
11 Verwendete Materialien Material (RFPC) flexibler Bereich Polyesterfolien PEN (Polyethylennaphthalat) und PET (Polyethylenterephthalat): thermoplastische Kunststoffe leicht zu produzieren billiger als Polyimid oder LCP schlechte thermische Beständigkeit (Eingeschränkte Lötfähigkeit und Produktion von Multilayern) Einsatz hauptsächlich in einseitigen, großflächigen Schaltungsträgern und als flexibler Verbinder (Beispiel: Druckkopfverbindung) 11
12 Verwendete Materialien Material (RFPC) flexibler Bereich Polyimidfolien duroplastischer Kunststoff teurer (Faktor 7 10 gegenüber FR4) hohe Flexibilität und thermische Belastbarkeit Einsatzbereich: Einseitige flexible Schaltungen aus dem Konsumerbereich, bis hin zu mehrlagigen flexiblen und starrflexiblen Leiterplatten mit hohen Ansprüchen (Militär, Automotive, Kommunikationstechnik, Raumfahrt) 12
13 Verwendete Materialien Material (RFPC) flexibler Bereich Kleberloses Polyimid Aufgrund seiner ausgewogenen Eigenschaften, hat sich das kleberlose Polyimid in Europa als Standardmaterial für starrflexible Leiterplatten in kleinen bis mittleren Stückzahlen etabliert. Standardstärken von 25 µm, 50 µm, 75 µm und 100 µm werden eingesetzt. Kupferstärken von 9µm, 12µm, 17µm, 35µm und 70µm sind üblich. 13
14 Verwendete Materialien Material (RFPC) flexibler Bereich Copper LCP Copper LCP (Liquide Cristaline Polymere) + PEEK (Poly Ether Ether Ketone) Flüssig kristalline Polymere zeichnen sich durch eine besonders niedrige Feuchtigkeitsaufnahme, gute Hochfrequenzeigenschaften sowie eine hohe Dauerbetriebstemperatur aus. Aufgrund der schwierigen Prozessierung bei der Multilayerfertigung und hohen Beschaffungskosten, wird LCP zur Zeit nur vereinzelt eingesetzt. LCP Polyimid Dielektrizitätskonstante 1 MHz 2,8-3 3,3-3,5 Feuchtigkeitsabsorption (%) 0,1 2 3 Max. Betriebstemperatur 200 C C 14
15 Verwendete Materialien Material (RFPC) klebende Medien Materialien, die dem Verbund von starrem und flexiblen Laminat dienen. Im Starrteil: Prepregs (BT, starres Polyimid, Cyanatester, Hoch-TG FR4,Noflow-Prepregs) Im Flexteil: Acrylat- oder Epoxidkleber Bondply LCP 15
16 Verwendete Materialien Material (RFPC) Isolation Materialien, die außen liegende Kupferleiter isolieren sollen: Normaler Lötstopplack Flexibler Lötstopplack Coverlay 16
17 Verwendete Materialien Material (RFPC) Isolation Coverlay Soldermask Coverlay + Lötstopplack Als Kombinationsvariante Anwendung Im Starrteil werden feinste Leiterstrukturen mit Lötstopplack isoliert, während auf dem Flexteil die guten Eigenschaften von Coverlay genutzt werden können. Diese Technologie kommt nur bei asymmetrischen Aufbauten zur Anwendung. 17
18 Agenda Warum Starrflex Verwendete Materialien ANFORDERUNGEN AN DIE STARRFLEXIBLE LEITERPLATTE Herausforderung Produktion von RFPC Standardbautypen RFPC Designregeln und Designempfehlungen Baugruppenfertigung und Handling Semiflexible Leiterplatten auf FR4-Basis 18
19 Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Innovative Entwicklungen erweitern das Anforderungsprofil. starr flexibel starr flexibel starr flexibel starr Wärmemanagement 19
20 Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Wärmemanagement Auch starrflexible Leiterplatten müssen wärmeableitende Maßnahmen ermöglichen. Thermovias gefüllt oder ungefüllt Dickkupfer auf oder in der Leiterplatte Metallkernleiterplatten wärmeleitende Dielektrika Heatsinkpasten, etc. 20
21 Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Innovative Entwicklungen erweitern das Anforderungsprofil. Hochfrequenzanwendungen Wärmemanagement 21
22 Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Hochfrequenzanwendunge Die starrflexible Leiterplatte muss zukünftig für Hochfrequenzan-wendungen tauglich sein. impedanzdefinierte und kontrollierte Leiter Einsatz von hochfrequenztauglichen, verlustarmen Materialien eventuell sogar Verzicht auf FR4 und das meist eingesetzte Polyimid 22
23 Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Innovative Entwicklungen erweitern das Anforderungsprofil. Hochfrequenzanwendungen Designregeln einer starren Leiterplatte Wärmemanagement 23
24 Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Uneingeschränkte Designregeln Beispiele: 50 µm Strukturen Restringe kleiner 100 µm Frästoleranzen +/- 50 µm Blind und Buried Vias sequentielle Lagenaufbauten Plugging von Bohrungen Kavitäten für versenkte Bauteile 24
25 Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Innovative Entwicklungen erweitern das Anforderungsprofil Hohe thermische Belastbarkeit Hochfrequenzanwendungen Designregeln einer starren Leiterplatte Wärmemanagement 25
26 Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Thermische Belastbarkeit Mehrfache bleifreie Bestückungsprozesse mit erhöhten Temperaturprofilen stellen eine Herausforderung dar. 20 C - 40 C höhere Löttemperaturen beeinflussen das Ausdehnungsverhalten und Feuchtigkeitsauswirkungen erheblich. Je nach Marktsegment und Anwendungsfall werden hohe Einsatztemperaturen, Zyklen und eine lange Betriebsdauer gefordert. Beispiel Automotive: Motorraum: -40 C/+120 C im Mittel 120 C Spitzentemperatur Motoranbau: -40 C/+140 C im Mittel 150 C Spitzentemperatur Im Getriebe: -40 C/+140 C im Mittel 160 C Spitzentemperatur 26
27 Agenda Warum Starrflex Verwendete Materialien Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte HERAUSFORDERUNG PRODUKTION VON RFPC Standardbautypen RFPC Designregeln und Designempfehlungen Baugruppenfertigung und Handling Semiflexible Leiterplatten auf FR4-Basis 27
28 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflex = Hybrid Unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten Erfahrungswerte werden in einer Datenbank festgehalten 28
29 Herausforderung Produktion von RFPC Hygroskopie Polyimid hat die Eigenschaft Wasser aus seiner Umgebung aufzunehmen. Polyimid: bis zu 3 % seines Volumens FR4: ca. 0,5 % Herausforderung Bei Wärmeprozessen, wie z. B. den Heißpresszyklen, der Lackaushärtung oder den Lötvorgängen bei der Bestückung, wird aufgenommenes Wasser gasförmig. Das Volumen nimmt rapide zu. Der entstehende Druck kann zu so genannten Delaminationen führen. 29
30 Herausforderung Produktion von RFPC Um den Gesamtverbund wämebeständiger zu gestalten, wird angestrebt, auf Acrylkleber weitestgehend zu verzichten. Bautyp konventionell Bautyp optimiert 30
31 Herausforderung Produktion von RFPC Z-Achsen Ausdehnung Acrylkleber Kupfer FR4 Acrylkleber 17 ppm/ C ca. 150 ppm/ C ca ppm/ C Bei Wärmeprozessen, wie z. B. den Lötvorgängen, kann Acrylkleber aufgrund der hohen Ausdehnung Hülsenrisse verursachen. Noflow Prepreg Relativ undefinierter Fluss Mögliche Haftungsprobleme Bei zu starker Belastung können Delaminationen auftreten. Delamination 31
32 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexmengenproduktion in Asien Starrflexibler Multilayer mit 6 Kupferlagen symmetrisch Copper plated *.BS noflow-prepreg noflow-prepreg Coverlay Polyimide Coverlay *.i2(n) *.i3(n) *.i4(n) A B C noflow-prepreg noflow-prepreg *.i5(n) Copper plated *.LS 32
33 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexmengenproduktion in Asien Polyimide *.i3(n) *.i4(n) A Strukturierung der flexiblen Innenlage 33
34 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexmengenproduktion in Asien Coverlay Polyimide Coverlay *.i3(n) *.i4(n) A 1. Pressrunde: Ganzflächige Aufbringung des Coverlays 34
35 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexmengenproduktion in Asien noflow-prepreg Coverlay Polyimide Coverlay *.i3(n) *.i4(n) A B noflow-prepreg 2. Pressrunde: Vorgestanzte Noflow-Prepregs und Kupferfolien werden aufgepresst. 35
36 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexmengenproduktion in Asien *.i2(n) noflow-prepreg Coverlay Polyimide Coverlay *.i3(n) *.i4(n) A B noflow-prepreg *.i5(n) Strukturierung von *.I2 und*.i5, dabei wird die Kupferfolie über dem Flexteil weggeätzt 36
37 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexmengenproduktion in Asien noflow-prepreg noflow-prepreg Coverlay Polyimide Coverlay *.BS *.i2(n) *.i3(n) *.i4(n) A B C noflow-prepreg noflow-prepreg *.i5(n) *.LS 3. Pressrunde: Vorgestanzte Noflow-Prepregs und Kupferfolien werden aufgepresst. 37
38 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexmengenproduktion in Asien noflow-prepreg noflow-prepreg Coverlay Polyimide Coverlay *.BS *.i2(n) *.i3(n) *.i4(n) A B C noflow-prepreg noflow-prepreg *.i5(n) *.LS Bohren der Durchkontaktierungen 38
39 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexmengenproduktion in Asien Copper plated noflow-prepreg noflow-prepreg Coverlay Polyimide Coverlay *.BS *.i2(n) *.i3(n) *.i4(n) A B C noflow-prepreg noflow-prepreg *.i5(n) Copper plated *.LS Kupferaufbau in der Bohrung und Leiterbildstrukturierung 39
40 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexproduktion in Europa Starrflexibler Multilayer mit 4 Kupferlagen symmetrisch Copper plated *.BS FR noflow-prepreg noflow-prepreg Coverlay Copper Polyimide Coverlay noflow-prepreg *.i2(n) *.i3(n) A B noflow-prepreg FR Copper plated *.LS 40
41 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexproduktion in Europa Polyimide Strukturierung der flexiblen Innenlage 41
42 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexproduktion in Europa noflow-prepreg Coverlay Copper Polyimide Coverlay noflow-prepreg A 1. Pressrunde: Aufbringen von vorstrukturierten Noflow-Prepregs und partiellen Coverlays 42
43 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexproduktion in Europa *.BS FR noflow-prepreg noflow-prepreg Coverlay Polyimide Coverlay noflow-prepreg *.i2(n) *.i3(n) A B noflow-prepreg FR4 *.LS 2. Pressrunde: Vorgenutete FR4-Kerne werden aufgelegt und anschließend verpresst 43
44 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexproduktion in Europa *.BS FR noflow-prepreg noflow-prepreg Coverlay Polyimide Coverlay noflow-prepreg *.i2(n) *.i3(n) A B noflow-prepreg FR4 *.LS Bohren der Durchkontaktierungen 44
45 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexproduktion in Europa Copper plated *.BS FR noflow-prepreg noflow-prepreg Coverlay Polyimide *.i2(n) A B *.i3(n) Coverlay noflow-prepreg noflow-prepreg FR Copper plated *.LS Kupferaufbau in der Bohrung und Leiterbildstrukturierung 45
46 Herausforderung Produktion von RFPC Kupferaufbau in der Bohrung und Leiterbildstrukturierung 46
47 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexproduktion in Europa Copper plated *.BS FR noflow-prepreg noflow-prepreg Coverlay Polyimide Coverlay noflow-prepreg *.i2(n) *.i3(n) A B noflow-prepreg FR Copper plated *.LS Entdeckelung mittels Gegennuten oder Niveaufräsen
48 Herausforderung Produktion von RFPC Starrflexproduktion bei ILFA Polyimide *.i3 *.i4 SIG Pow Produktion der Innenlagen 48
49 Herausforderung Produktion von RFPC Aufbringung des partiellen Coverlays und Fixierung durch Lötung Coverlay Polyimide Copper Coverlay *.i3 *.i4 SG Pow 49
50 Herausforderung Produktion von RFPC Aufbringung des partiellen Coverlays und Fixierung durch Lötung Coverlay Polyimide Copper Coverlay *.i3 *.i4 SG Pow 50
51 Herausforderung Produktion von RFPC Aufbringung des partiellen Coverlays und Fixierung durch Lötung Coverlay Polyimide Copper Coverlay *.i3 *.i4 SG Pow 51
52 Herausforderung Produktion von RFPC Aufbringung des vorstrukturierten Prepregs Prepreg Prepreg Coverlay Polyimide Copper Coverlay Prepreg Prepreg *.i3 *.i4 SIG Pow 52
53 Herausforderung Produktion von RFPC Aufbringung des vorstrukturierten Prepregs Prepreg Prepreg Coverlay Polyimide Copper Coverlay Prepreg Prepreg *.i3 *.i4 SIG Pow 53
54 Herausforderung Produktion von RFPC Einlegen der Tefloneinleger zur Separation des flexiblen Bereichs der RFPC Prepreg Prepreg Coverlay Polyimide Copper Coverlay Prepreg Prepreg FB1 200 FL1 200 *.i3 *.i4 SIG Pow 54
55 Herausforderung Produktion von RFPC Einlegen der Tefloneinleger zur Separation des flexiblen Bereichs der RFPC Prepreg Prepreg Coverlay Polyimide Copper Coverlay Prepreg Prepreg FB1 200 FL1 200 *.i3 *.i4 SIG Pow 55
56 Herausforderung Produktion von RFPC Einlegen der Tefloneinleger zur Separation des flexiblen Bereichs der RFPC Prepreg Prepreg Coverlay Polyimide Copper Coverlay Prepreg Prepreg FB1 200 FL1 200 *.i3 *.i4 SIG Pow 56
57 Herausforderung Produktion von RFPC Auflegen des starren Deckelkerns zum Schutz der flexiblen Bereiche FR Prepreg Prepreg Coverlay Polyimide Copper Coverlay Prepreg Prepreg FB1 200 FL1 200 *.i2 *.i3 *.i4 *.i5 etched etched SIG Pow FR4 57
58 Herausforderung Produktion von RFPC Auflegen des starren Deckelkerns zum Schutz der flexiblen Bereiche FR Prepreg Prepreg Coverlay Polyimide Copper Coverlay Prepreg Prepreg FB1 200 FL1 200 *.i2 *.i3 *.i4 *.i5 etched etched SIG Pow FR4 58
59 Herausforderung Produktion von RFPC Presszyklus FR Prepreg Prepreg Coverlay Polyimide Copper Coverlay Prepreg Prepreg FB1 200 FL1 200 *.i2 *.i3 *.i4 *.i5 etched etched A SIG Pow FR4 59
60 Herausforderung Produktion von RFPC Bohren der Vias und Bauteilbohrungen FR Prepreg Prepreg Coverlay Polyimide Copper Coverlay Prepreg Prepreg FB1 200 FL1 200 *.i2 *.i3 *.i4 *.i5 etched etched A SIG Pow FR4 60
61 Herausforderung Produktion von RFPC Copper plated *.BS SIG FR Prepreg Prepreg Coverlay Polyimide Copper Coverlay Prepreg Prepreg FB1 200 FL1 200 *.i2 *.i3 *.i4 *.i5 etched etched A SIG Pow FR Copper plated *.LS SIG Kontaktierung, Leiterbildaufbau, Lack und Endoberfläche
62 Herausforderung Produktion von RFPC Copper plated *.BS SIG FR Prepreg Prepreg Coverlay Polyimide Copper Coverlay Prepreg Prepreg FB1 200 FL1 200 *.i2 *.i3 *.i4 *.i5 etched etched A SIG Pow FR Copper plated *.LS SIG Niveaufräsen, Entfernung der Einleger und Umschnittfräsen
63 Herausforderung Produktion von RFPC Copper plated *.BS SIG FR Prepreg Prepreg Coverlay Polyimide Copper Coverlay Prepreg Prepreg FB1 200 FL1 200 *.i2 *.i3 *.i4 *.i5 etched etched A SIG Pow FR Copper plated *.LS SIG Niveaufräsen, Entfernung der Einleger und Umschnittfräsen
64 Sonderbautypen RFPC Kosten Wie viel kostet eine starrflexible Leiterplatte? Anzahl und Größe der flexiblen Bereiche und somit der Fräs- und Einlegeaufwand sind maßgebliche Einflussfaktoren für die Produktionskosten klein und teuer groß und günstig Lagenaufbau: Die Anzahl der flexiblen Lagen, Anzahl der Verpressungen und die Kontaktierungsstrategie haben ebenfalls einen großen Einfluss 64
65 Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Wenn man die gesamten Systemkosten betrachtet, kann eine Starrflex Lösung unter dem Strich deutlich günstiger sein Anzahl der Teile bei Anfrage und Beschaffung Prozesskosten Zuverlässigkeit 1 Teil 25 Teile 65
66 Agenda Warum Starrflex Verwendete Materialien Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Herausforderung Produktion von RFPC STANDARDBAUTYPEN RFPC Designregeln und Designempfehlungen Baugruppenfertigung und Handling Semiflexible Leiterplatten auf FR4-Basis 66
67 Standardbautypen RFPC ( asymmetrisch ) 2 Lagen / 1 Verpressung ( mit Flexlack ) 1 außenliegender Flexkern Biegeradius >= 3 mm (Lack) Keine dynamischen Biegezyklen ( Lack ) Overview rigid flexible rigid 67
68 Standardbautypen RFPC ( asymmetrisch ) 2 Lagen / 2 Verpressungen ( mit vollflächig Coverlay ) Reduzierung des Biegeradius auf >= 0,75 mm Dynamische Biegezyklen möglich Overview rigid flexible rigid 68
69 Standardbautypen RFPC ( asymmetrisch ) 2 Lagen / 2 Verpressungen ( mit partiell Coverlay ) Biegeradius ab 0,75 mm Dynamische Biegezyklen möglich Overview rigid flexible rigid 69
70 Standardbautypen RFPC ( asymmetrisch ) 4 Lagen davon 2 Flex / 2 Verpressungen ( 2 Flexlagen ) SIN 50W 75ym Biegeradius ab 2,00 mm Dynamische Biegezyklen möglich Overview rigid flexible rigid 70
71 Standardbautypen RFPC ( asymmetrisch ) 6 Lagen davon 4 Flex / 2 Verpressungen ( Flexbereich verklebt ) Biegeradius ab 4,5 mm Eingeschränkt für dynamische Biegezyklen geeignet Bis zu 3 Flexkerne ohne zusätzliche Verpressung möglich Overview rigid flexible rigid 71
72 Standardbautypen RFPC ( asymmetrisch ) 6 Lagen davon 4 Flex / 2 Verpressungen ( Flexbereich aufgefächert ) 2 separierte Flexkerne Biegeradius ab ca. 3,5 mm Für dynamische Biegezyklen geeignet Bis zu 3 Flexkerne ohne zusätzliche Verpressung möglich Overview rigid flexible rigid 72
73 Standardbautypen RFPC ( asymmetrisch ) 6 Lagen davon 4 Flex / 2 Verpressungen ( Flexbereich aufgefächert ) 2 separierte Flexkerne Biegeradius ab ca. 3,5 mm Für dynamische Biegezyklen geeignet Bis zu 3 Flexkerne ohne zusätzliche Verpressung möglich Overview rigid flexible rigid 73
74 Standardbautypen RFPC ( symmetrisch ) 4 Lagen davon 2 Flex / 1 Verpressung Starrteil mit Lötstopplack/ flexible Bereiche partiell mit Coverlay Biegeradius ab ca. 1 mm Für dynamische Biegezyklen geeignet Aufgrund des symmetrischen Aufbaus gut für Produktion und Weiterverarbeitung geeignet Overview rigid flexible rigid 74
75 Standardbautypen RFPC ( symmetrisch ) 6 Lagen davon 4 Flex / 1 Verpressung ( Flexbereich verklebt ) Biegeradius ab ca. 4,0 mm Eingeschränkt für dynamische Biegezyklen geeignet Aufgrund des symmetrischen Aufbaus gut für Produktion und Weiterverarbeitung geeignet Bis zu 3 Flexkerne ohne zusätzliche Verpressung möglich Overview rigid flexible rigid 75
76 Standardbautypen RFPC ( symmetrisch ) 6 Lagen davon 4 Flex / 1 Verpressung ( Flexbereich aufgefächert ) Biegeradius ab ca. 3 mm Für dynamische Biegezyklen geeignet Aufgrund des symmetrischen Aufbaus gut für Produktion und Weiterverarbeitung geeignet Bis zu 3 Flexkerne ohne zusätzliche Verpressung möglich 76
77 Standardbautypen RFPC ( symmetrisch ) 6 Lagen davon 4 Flex / 1 Verpressung ( Flexbereich aufgefächert ) Biegeradius ab ca. 3 mm Für dynamische Biegezyklen geeignet Aufgrund des symmetrischen Aufbaus gut für Produktion und Weiterverarbeitung geeignet Bis zu 3 Flexkerne ohne zusätzliche Verpressung möglich 77
78 Agenda Warum Starrflex Verwendete Materialien Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Herausforderung Produktion von RFPC Standardbautypen RFPC DESIGNREGELN UND DESIGNEMPFEHLUNGEN Baugruppenfertigung und Handling Semiflexible Leiterplatten auf FR4-Basis 78
79 Designregeln und Designempfehlungen Biegebeanspruchung von FPC und RFPC Unterschieden werden drei Arten der Biegebeanspruchung, für welche unterschiedliche minimale Biegeradien gelten: Einmalige Faltung (ohne Rückbiegung) Einbaubiegebeanspruchung (ca Biegezyklen) 1 X 4-12 X 4-12 X Dynamische Biegebeanspruchung (je nach Spezifikation bis zu mehreren Millionen Biegezyklen) n X n X 79
80 Designregeln und Designempfehlungen Biegebeanspruchung von FPC und RFPC Im Idealfall hat Kupfer eine Bruchdehnung von 40 60%. Beim Biegen sollte diese jedoch nie erreicht werden. Bei der Abschätzung des minimalen Biegeradius werden nach IPC Richtlinie 2223 folgende Erfahrungswerte berücksichtigt: Weichgeglühtes Walzkupfer (RA) sollte niemals über 16% gedehnt werden Elektrolytisch abgeschiedenes Kupfer (ED) sollte niemals über 11% gedehnt werden Bei einer Einbaubiegebeanspruchung sollte das Kupfer niemals über 10% gedehnt werden Bei einer dynamischen Biegebeanspruchung sollte das Kupfer niemals über 0,3% gedehnt werden 80
81 Designregeln und Designempfehlungen Einflussgrößen Biegeradius (Kupferqualität) Was ist bei der Konstruktion und Planung von flexiblen und starrflexiblen Leiterplatten bezüglich der Kupferqualität zu berücksichtigen? symmetrischer Lagenaufbau unsymmetrischer Lagenaufbau button plating 81
82 Designregeln und Designempfehlungen Abschätzung der Biegefähigkeit Die IPC 2223 Formeln zur Abschätzung des minimal zulässigen Biegeradius sind sehr kryptisch. Die Leiterplattenhersteller vereinfachen dies meist auf Ihre eigene Art und Weise. Bei ILFA gelten folgende minimale Biegeradien: Die Gesamtstärke des flexiblen Bereichs inklusive aller Materialien ergibt, multipliziert mit dem Faktor in der Tabelle, den minimalen Biegeradius. Einmalige Faltung Einbaubiegebeanspruchung Dynamische Biegebeanspruchung Eine Kupferlage 0,5 5 >20 Zwei Kupferlagen 1 10 >30 > 2 Kupferlagen Separiert > 2 Kupferlagen Verklebt 6 15 unzulässig >50 82
83 Designregeln und Designempfehlungen Designempfehlungen FPC und RFPC Allgemeine Designempfehlungen, insbesondere bei dynamischer Biegebeanspruchung: RA - Kupfer sollte spezifiziert werden Kein zusätzlicher galvanischer Kupferauftrag Biegung nur senkrecht zu Kupferleitern und Walzrichtung des Kupfers Kupferleiter sollten in die neutrale Achse gelegt werden Richtungswechsel der Leiter im flexiblen Bereich vermeiden, besonders im Übergangsbereich zwischen starr und flexibel Durchkontaktierungen im Biegebereich vermeiden 0,5 2 mm breite Blindleiterbahnen sollten als Einreißschutz parallel zu den Kanten im flexiblen Bereich angeordnet werden keine Bauteilbestückung im Biegebereich 83
84 Designregeln und Designempfehlungen Designregeln RFPC (Highend) >= 0,70mm Die Bohrungswandungen auf dem Starrteil müssen einen Mindestabstand von 0,7 mm zum flexiblen Bereich haben. 84
85 Designregeln und Designempfehlungen Designregeln RFPC (Highend) Die Länge des flexiblen Bereichs muss mindestens 2 mm betragen. 85
86 Designregeln und Designempfehlungen Designregeln RFPC (Highend) Die minimale Leiterbreite und der minimale Abstand zwischen zwei Leitern beträgt 75 µm. 86
87 Designregeln und Designempfehlungen Designregeln RFPC Ein vollständig von flexiblem Bereich umschlossener Starrteil ist nicht realisierbar. 87
88 Designregeln und Designempfehlungen Designregeln RFPC Stege von minimal 1,00 mm müssen erhalten bleiben, um ausreichend Stabilität für das Handling zu gewährleisten. 88
89 Designregeln und Designempfehlungen Designregeln RFPC (Highend) H A 5. Lötstopplack D I B J K L 3. starrer Kern 2. Prepreg 1. flexibler Kern C G F E 4. Coverlay 89
90 Designregeln und Designempfehlungen Designregeln RFPC (Highend) Verwendete Materialien Highend Starrflex symmetrisch 3 24-lagig 1- Flexible Kerne / kupferkaschiert bis zu 8 verklebte oder separierte Flexkerne Polyimid kleberlos 50 µm, 100 µm / RA-Kupfer 17 µm, 35 µm 2- Prepreg, mindestens 2x 106e r= 100 µm (siehe Zeichnung) FR4, Hoch-TG FR4, starres Polyimid, Rogers 3- Starre Kerne / kupferkaschiert mindestens 100 µm FR4, Hoch-TG FR4, starres Polyimid, Rogers 4- Coverlay / partiell nur im flexiblen Bereich Polyimid acrylkleberbeschichtet (FR-Typ) / 37,5 µm, 50 µm 5- Lötstopplack / nur im starren Bereich Grün, blau, rot Designregeln für Highend Starrflex symmetrisch 3 24-lagig A- Abstand Bohrungswandung zu Starrflex-Übergang 700 µm B- Mindestlänge Flexbereich 2000 µm C- Dicke Platine (abhängig von Material und Lagenzahl) 550 µm 3500 µm D- Abstand DK-Bohrungswandung zu Kontur 500 µm E- Restring DK-Bohrung 100 µm F- Pad für DK-Bohrung 300 µm G- DK- Bohrung Enddurchmesser (abhängig von LP-Dicke) 0 µm / Bohrwerkzeug 100 µm H- Kupferabscheidung in der Bohrung 25 µm I- Lötstopplackfreihaltung 50 µm J- Abstand Leiterbild zu Kontur (starrer und flexibler Bereich) 200 µm K- Leiterbahnbreite 75 µm L- Abstand zwischen Leiterbahnen 75 µm 90
91 Agenda Warum Starrflex Verwendete Materialien Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Herausforderung Produktion von RFPC Standardbautypen RFPC Designregeln und Designempfehlungen BAUGRUPPENFERTIGUNG UND HANDLING Semiflexible Leiterplatten auf FR4-Basis 91
92 Baugruppenfertigung und Handling Bestückung / Verarbeitung Trocknung und Lagerung Polyimid kann bis zu 3 Gewichtsprozent an Feuchtigkeit aufnehmen. Dies kann zu Problemen bei der Weiterverarbeitung führen. Quelle: ATLAS Elektronik 92
93 Baugruppenfertigung und Handling Trocknung und Lagerung Für die Lagerung müssen möglichst gute Bedingungen geschaffen werden: rh <= 50 % / optimal geeignet sind Trockenschränke Vor der Bestückung (auch Reparatur) müssen die Leiterplatten getrocknet werden: Vorsicht vor pauschalen Trocknungsempfehlungen. Es gibt mehrere Einflussfaktoren, welche bei der Trocknung berücksichtigt werden sollten. Die Masse und Lage des flexiblen Materials: Overview rigid flexible rigid Overview rigid flexible rigid Außen liegendes Polyimid lässt sich schneller Trocknen als innen liegendes. 93
94 Baugruppenfertigung und Handling Bestückung / Verarbeitung Trocknung und Lagerung Anzahl der Kupferlagen und das Layout: Großflächige Kupferverteilung erschwert das Austempern von Feuchtigkeit erheblich. Dies gilt für Außen- und Innenlagen. Auch Kantenmetallisierungen müssen berücksichtigt werden. 94
95 Baugruppenfertigung und Handling Bestückung / Verarbeitung Trocknung und Lagerung Fordern Sie Ihren Leiterplattenhersteller. Lassen Sie sich individuelle Trocknungsempfehlungen für Ihr Projekt erstellen. 95
96 Agenda Warum Starrflex Verwendete Materialien Anforderungen an die starrflexible Leiterplatte Herausforderung Produktion von RFPC Standardbautypen RFPC Designregeln und Designempfehlungen Baugruppenfertigung und Handling SEMIFLEXIBLE LEITERPLATTEN AUF FR4-BASIS 96
97 Semiflexible Leiterplatten auf FR4-Basis Semiflexible Leiterplatten auf FR4-Basis Semiflex Analog RFPC, jedoch aufgrund der verwendeten Materialien NP170 TL Semiflex NAN YA / Duraflex / Flex20 ist nur eine geringe Anzahl von Biegezyklen möglich (max. 70 Biegezyklen). FR4-Flex Gehört der Kategorie Semiflex Leiterplatten an, wobei der Aufbau komplett aus Standard FR4 besteht. Der biegsame Bereich wird durch eine Tiefenfräsung erzeugt (mehrere Biegzyklen nur bedingt möglich, max. 5-10). 97
98 Semiflexible Leiterplatten auf FR4-Basis Semiflexible Leiterplatten auf FR4-Basis Semiflex- (konventionell) oder FR4-Flex- Leiterplatinen haben sich in vielen Branchen (hauptsächlich Automotive) der Elektronik etabliert. Diese Technologie bietet eine interessante preisliche und technische Alternative gegenüber einer RFPC-Leiterplatine. In den meisten Anwendungsfällen einer starrflexiblen Leiterplatine werden die flexiblen Bereiche nur für die Montage der LP genutzt (flex to install). Bei diesen Anwendungen ist der Einsatz von viel teurerem Polyimidmaterial nicht notwendig. 98
99 Semiflexible Leiterplatten auf FR4-Basis Die FR4-Flex-Leiterplatte Designregeln Selektives Niveaufräsen mit Mappingfunktion Semiflexible Leiterplatte Starr Starr Fräsunterlage Frästisch 99
100 Semiflexible Leiterplatten auf FR4-Basis 100
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102 Ihr Kontakt zu ILFA Uwe Braun Vertriebsleiter D A CH Director Sales (DE, AT, CH) ILFA Industrieelektronik und Leiterplattenfertigung aller Art GmbH Lohweg 3, Hannover, Deutschland Phone: +49-(0) Mobile: +49-(0) Fax : +49-(0) u.braun@ilfa.de
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