Flex- und Starrflex Leiterplatten

Bitte beachten Sie beim Entwurf Ihrer Flex- oder Starrflex-Leiterplatte folgende Design Regeln.

Für Designer von flexiblen Leiterplatten empfehlen wir Richtlinie IPC-2223 / Design Richtlinie für flexible Leiterplatten. Diese ist auf der Website des FED (Fachverband Elektronik-Design e.V.) erhältlich. Zu finden unter Normen / Dokumente im FED-Shop.

Generelle Design-Hinweise für Flex-Leiterplatten

Beschränken Sie bestenfalls die Anzahl der Flex-Lagen auf 1 oder 2, für maximale mechanische Flexibilität und Kostenersparnis.

Achten Sie auf einen symmetrischen Aufbau der Leiterplatte.

Die Flex-Lagen setzen sich innerhalb des starren Teils als Innenlagen fort und können zur Entflechtung verwendet werden.

Unterscheiden Sie zwischen dynamischer (regelmäßiger) und stabiler Biegung (Bend-to-Install) des Flexteils.

Der minimale Biegeradius liegt meist zwischen 1mm und 5mm. Die dynamische Biegebeanspruchung kann nur mit ein- und zweilagigen flexiblen Leiterplatten zuverlässig gewährleistet werden.

 Dynamische BiegungSemi-DynamischStabile Biegung
 BiegungenDynamische BiegungRegelmäßigSemi-Dynamischmax. 20xStabile Biegung„Bend-to-Install“
 LagenDynamische Biegung1-2 Lagen empfohlenSemi-Dynamisch1-4 Lagen empfohlenStabile Biegung1-10 Lagen möglich
 Abdeckung*Dynamische BiegungPI CoverlaySemi-DynamischPI Coverlay oder LötstoppStabile BiegungPI Coverlay oder Lötstopp
 Min. BiegeradiusDynamische Biegung100-150 x h FlexteilSemi-Dynamisch> 20x h FlexteilStabile Biegung10 - 20 x h Flexteil
 Kupfertyp**Dynamische BiegungRA-KupferSemi-DynamischED- oder RA-KupferStabile BiegungED- oder RA-Kupfer

h = Höhe

* Flexibler Lötstopp kann nach ca. 5-15x Biegen brechen oder sich Ablösen

** RA = Walzkupfer, für dynamische Flexanwendungen geeignet; ED = Elektrolytisch abgeschiedenes Kupfer, wegen geringerer Bruchdehnung nur für stabile und semi-dynamische Anwendungen geeignet

Möglicher Aufbau von Flex-Leiterplatten

Flexible Leiterplatten Anwendungsbeispiele

Layoutrichtlinien

  • Leiterbahnbreiten und -abstände im Flexbereich so groß wie möglich wählen
  • Die Übergänge von breiten zu schmalen Leiterbahnen bestenfalls kontinuierlich verjüngen
  • Masseflächen aufrastern (wie auch bei starren Leiterplatten empfohlen)
  • Ab 2 Flexlagen, versetzte Anordnung der Leiterbahnen auf Vorder- und Rückseite
  • Lötflächen und Restringe so groß wie möglich wählen
  • Leiterbahnanbindungen an Lötaugen tropfenförmig und abgerundet ausführen
  • Mittels Stiffener (partielle mechanische Verstärkungen z.B. im Steck- oder Bestückungsbereich) können Enddicken von 0.2mm – 3.4mm realisiert werden

Flex

 < 4 Lagen4-6 Lagen7-8 Lagen
 min. Abstand Kupfer - Außenkontur< 4 Lagen200µm4-6 Lagen200µm7-8 Lagen200µm
 min. Abstand Via - Kupfer< 4 Lagen150µm4-6 Lagen200µm7-8 Lagen300µm

Starrflex

Bereichmindestens
BereichLänge Flexbereichmindestens4mm
BereichAbstand DK (Via) <> Flexbereichmindestens1.5mm
BereichAbstand NDK <> Flexbereichmindestens0.5mm
Starrflex-Leiterplatte Design-Hilfe

Abdeckung von Flex-Leiterplatten

Je nach Anwendung empfiehlt sich als Abdeckung der flexiblen Leiterplatte Lötstopp oder Polyimid (PI) Coverlay. Bestenfalls werden immer die maximal möglichen Werte für Brücken und Freistellung verwendet.

 PI CoverlayLötstopp
 Min. BrückePI Coverlay350µmLötstopp100µm
 Min. FreistellungPI Coverlay200µmLötstopp50µm
 FarbePI CoverlayAmberLötstoppGrün
 AnwendungPI CoverlayDynamisch, StabilLötstoppSemi-Dynamisch, Stabil
  PI CoverlayFlex-Leiterplatte Abdeckung CoverlayLötstoppFlex-Leiterplatte Abdeckung Lötstopp

Coverlay ist für QFP-Bauteile nicht empfohlen, es sei denn diese werden vollständig freigestellt!

Pads und Vias auf flexiblen Leiterplatten

Flexible Leiterplatte Teardrop und Anker

Generell ist die Kupferhaftung bei flexiblen Leiterplatten schlechter als bei Leiterplatten mit FR4 Material. Es empfiehlt sich deshalb die Pads / Restringe so groß wie möglich zu gestalten. Zur Verbesserung der Haftung können Anker und Teardrops verwendet werden.

Um die Stabilität von Vias auf flexiblen Leiterplatten zu erhöhen, können Sie folgende Maßnahmen umsetzen:

  • Geben Sie Restringen die maximale Größe
  • Binden Sie Vias mittels Teardrops an
  • Verwenden Sie Anker, um die Folienhaftung zu erhöhen
  • Platzieren Sie keine Vias im Biegebereich

Berechnung des Biegeradius

Der minimale Biegeradius r ergibt sich aus dem Ratio der gewünschten Anwendung (Stabil/Dynamisch) sowie h, der Gesamthöhe des Flexteils.

Biegeradius nach IPC-2223

 StabilDynamisch
 1LStabil10:1Dynamisch100:1
 2LStabil10:1Dynamisch150:1
 MLStabil20:1Dynamischnicht empfohlen*
Biegeradius Flexplatine IPC2223

*Die dynamische Biegebeanspruchung kann nur mit ein- und zweilagigen flexiblen Leiterplatten zuverlässig gewährleistet werden.

Biegeradius Beispiele

Beispiele für den minimalen Biegeradius von flexiblen Leiterplatten mit angenommener Dicke (s. Flexible Leiterplatten Lagenaufbau).

1 Lage z.B. 90µm DickeStabilSemi-DynamischDynamisch
1 Lage z.B. 90µm Dickemin. ratio (r/h)Stabil10:1Semi-Dynamisch20:1Dynamisch100:1
1 Lage z.B. 90µm Dickemin. BiegeradiusStabil0.9mmSemi-Dynamisch1.8mmDynamisch9mm
2 Lagen z.B. 190µm DickeStabilSemi-DynamischDynamisch
2 Lagen z.B. 190µm Dickemin. ratio (r/h)Stabil10:1Semi-Dynamisch20:1Dynamisch150:1
2 Lagen z.B. 190µm Dickemin. BiegeradiusStabil1.9mmSemi-Dynamisch3.8mmDynamisch29mm
4 Lagen z.B. 290µm DickeStabilSemi-DynamischDynamisch
4 Lagen z.B. 290µm Dickemin. ratio (r/h)Stabil20:1Semi-Dynamisch50:1Dynamischnicht empfohlen
4 Lagen z.B. 290µm Dickemin. BiegeradiusStabil5.8mmSemi-Dynamisch15mmDynamischnicht empfohlen

Gestaltung von Biegebereichen

Der Biegebereich sollte parallele, gleichbreite Leiterbahnen mit gleichem Isolationswiderstand haben, die senkrecht zur Biegelinie verlaufen.

Teilen Sie breite Leiterbahnen im Biegebereich in schmalere Leiterbahnen auf.

Flexible Leiterplatte Biegebereiche

Füllen Sie freie Flächen im Biegebereich mit Blindleitern.

Starrflex Biegebereich füllen

Achten Sie auf einen senkrechten Verlauf der Leiterbahnen zur Biegelinie. Vermeiden Sie Lötaugen und Durchkontaktierungen im Biegebereich.

Flexible Leiterplatte Leiterbahnen routen

Der Biegebereich kann je nach Anwendung optimiert werden.

Flexible Leiterplatte Biegebereich optimieren

Dynamische Biegung:
spontane und öftere Biegung
Optimierung für dynamische Biegung:

  • Bohrungen oder Schlitze
  • Kupferkanten an der Biegestelle
  • Kupferversteifung als Biegehilfe

Stabile Biegung:
einmalige Biegung z.B. durch Biegewerkzeug
Optimierung für stabile Biegung:

  • Bohrungen oder Schlitze
  • Konturverjüngung
  • Stabilisierung durch viel Kupfer

Ab 2 Flexlagen achten Sie bitte auf eine versetzte Anordnung der Leiterbahnen auf Vorder- und Rückseite des Flexteils.

Doppelseitige Flex Leiterplatte Kupferbalance

Verwenden Sie Rundungen anstelle von Winkeln im Leiterbahnverlauf.

Flexible Platine Rundungen

Massefläche

Massefläche rastern - Flex Platine

Durchgehende Masseflächen in Leiterplatten sollten aufgrund der Kupfer-Balance immer gerastert werden. Dies gilt ebenso für Flexible Leiterplatten. Gerade im flexiblen Biegebereich müssen Masseflächen gerastert werden, da sie sonst brechen.

Ihr Layoutprogramm stellt normalerweise eine Funktion zum Rastern von Masseflächen zur Verfügung, hier finden Sie ein Beispiel zum Massefläche-Rastern im Programm EAGLE.

Verarbeitungsrichtlinien für Flexible Leiterplatten

Wegen der hohen Feuchtigkeitsaufnahme von Polyimid sind Flexible Leiterplatten vor dem Bestückungs- und Lötprozess zu trocknen (ca. 4h bei 120°C) und innerhalb von 8h zu verarbeiten!

Die von starren Leiterplatten bekannten Lötparameter können üblicherweise verwendet werden.

Achtung: Keine Garantie! Bitte klären Sie die finalen Parameter immer mit Ihrem Bestücker!

Weitere Informationen: