Rigid-Flex-Leiterplatten vereinen die Stabilität starrer Leiterplatten mit der Flexibilität flexibler Leiterplatten in einem integrierten Design – eine innovative Struktur für Leiterplatten. Allerdings ist das Design von Rigid-Flex-Leiterplatten deutlich anspruchsvoller als das herkömmlicher Leiterplatten. Dabei gibt es viele Punkte zu beachten, insbesondere den Verbindungsbereich zwischen starrer und flexibler Leiterplatte, das Schaltungslayout sowie das Design der Durchkontaktierungen, die strikt den Designregeln entsprechen müssen.

Vor- und Nachteile von Rigid-Flex-Leiterplatten

Vorteile

Da Rigid-Flex-Leiterplatten die Eigenschaften starrer und flexibler Leiterplatten vereinen, eignen sie sich für Produkte mit speziellen Anforderungen; sie können:

• Flexible Form und Größe: Mit Rigid-Flex-Leiterplatten lassen sich auf kleinerem Bauraum mehr Komponenten montieren, da die Form an die jeweilige Kontur angepasst werden kann. Rigid-Flex-Leiterplatten helfen, Baugröße und Gewicht des Endprodukts zu reduzieren und sparen Systemkosten.
• Hohe Verpackungsdichte: Rigid-Flex-Leiterplatten ermöglichen eine höhere Schaltungsdichte auf begrenztem Raum, um Leistung und Funktion der Schaltung zu verbessern.
• Stabilität und Zuverlässigkeit: Der starre Teil bietet eine stabile Trägerstruktur für die Schaltung und gewährleistet Stabilität und Zuverlässigkeit. Der flexible Teil passt sich verschiedenen Formen und Abmessungen an und erhöht die Zuverlässigkeit der Leiterplatte.
• Mehr Designfreiheit: Rigid-Flex-Leiterplatten geben dem Designer mehr Freiheit im Entwicklungsprozess; Form und Abmessungen können je nach Anforderung frei variiert werden, um unterschiedlichen Anwendungsszenarien gerecht zu werden.

Nachteile

• Hohe Fertigungskomplexität: Der Herstellungsprozess von Rigid-Flex-Leiterplatten ist relativ aufwendig und erfordert spezielle Ausrüstung und Technologie. Die hohe Fertigungsschwierigkeit kann zu längeren Durchlaufzeiten und höheren Kosten führen.
• Schwierige Reparatur: Da Rigid-Flex-Leiterplatten eine Kombination aus starrer und flexibler Leiterplatte sind, ist der Wartungs- und Reparaturaufwand erhöht. Bei einem Defekt sind unter Umständen komplexere Reparaturmaßnahmen erforderlich.
• Relativ niedrige Ausschussrate (gemeint: relativ niedrige Durchsatzquote): Durch den komplexen Herstellungsprozess ist die Durchsatzquote (Pass Rate) von Rigid-Flex-Leiterplatten eher gering, was die Fertigungskosten erhöht und die Lieferzeit beeinflusst.
• Umwelteinflüsse auf die Zuverlässigkeit: Umgebungsfaktoren wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit haben einen großen Einfluss auf die Zuverlässigkeit von Rigid-Flex-Leiterplatten. Unter rauen Umgebungsbedingungen kann die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt werden.

Wichtige Kriterien bei der Auswahl von Rigid-Flex-Leiterplatten

1. Zuverlässigkeit: Rigid-Flex-Leiterplatten lösen das Zuverlässigkeitsproblem von FPCs effektiv und vermeiden Installationsprobleme, Kurzschlüsse oder Ablösungen, die durch Steckverbindungen entstehen können.
2. Gesamtkosten: Obwohl die Kosten pro Flächeneinheit von Rigid-Flex-Leiterplatten recht hoch sind, sparen sie Steckverbinderkosten, reduzieren Montagezeit und Reparaturrate und verbessern Fertigbarkeit und Zuverlässigkeit. In der Massenproduktion können die Gesamtkosten daher niedriger ausfallen.
3. Bessere Signalqualität: Ohne Steckverbinder ist die Schaltungskontinuität besser, ebenso die Signalintegrität.

Worauf sollte beim Design von Rigid-Flex-Leiterplatten geachtet werden?

Verstärkung

Vor dem Design muss der Entwickler klären, ob eine Rigid-Flex-Leiterplatte wirklich notwendig ist. Wenn der starre Teil nur der Verstärkung dient, kann die Leiterplatte als flexible Leiterplatte mit Verstärkungsplatte ausgelegt werden, da diese Struktur kostengünstiger ist als eine Rigid-Flex-Leiterplatte.

Schichtaufbau (Stackup)

Der Schichtaufbau sollte so symmetrisch wie möglich gestaltet werden, und die flexible Schicht sollte in der Mitte positioniert sein. Dies erhöht die Flexibilität des Produkts, verringert den Fertigungsaufwand und senkt dadurch die Verarbeitungskosten.

Symmetrische Struktur (empfohlen)

Asymmetrisch (nicht empfohlen)

Position der Durchkontaktierungen

Der Designer sollte Durchkontaktierungen möglichst nicht im flexiblen Bereich platzieren, da diese die Flexibilität beeinträchtigen und die Verarbeitungskosten erhöhen würden.

Position der Pads

Der Designer sollte Pads möglichst nicht im flexiblen Bereich platzieren, da diese die Flexibilität beeinträchtigen und die Verarbeitungskosten erhöhen würden.

Abstand der Bohrungen

Wenn eine Durchkontaktierung auf der starren Leiterplatte erforderlich ist, sollte der Abstand zwischen Durchkontaktierung und der Kante der starren/flexiblen Leiterplatte mindestens 2 mm betragen – idealerweise mehr, da das Coverlay die flexible Leiterplatte abdecken und einen gewissen Abstand zu den Bohrungen einhalten muss.

• Der Biegeradius der FPC sollte berücksichtigt werden, um Schäden zu vermeiden.
• Die Gesamtfläche der fertigen Rigid-Flex-Leiterplatte sollte so klein wie möglich gehalten und das Design optimiert werden, um die Fertigungskosten zu senken.
• Die dreidimensionale Struktur nach der Montage sollte berücksichtigt werden.
• Die Anzahl der Schichten der flexiblen Leiterplatte sollte sinnvoll ausgelegt werden.
• Die Länge der FPC sollte mehr als 3 mm betragen.

In diesem Artikel haben wir Rigid-Flex-Leiterplatten, ihre Vor- und Nachteile sowie die wichtigsten Designhinweise ausführlich behandelt. Als bedeutende Innovation im Bereich der Elektronik vereinen Rigid-Flex-Leiterplatten die Vorteile des Hardware-Software-Co-Designs und können die Systemleistung effektiv verbessern, Kosten senken und Entwicklungszyklen verkürzen. Mit dem fortschreitenden technologischen Fortschritt werden Rigid-Flex-Leiterplatten in immer mehr Bereichen eine Schlüsselrolle spielen und die Branche in Richtung höherer Integration und größerer Intelligenz treiben. In Zukunft möchten wir das Potenzial von Rigid-Flex-Leiterplatten weiter ausschöpfen und durch kontinuierliche Technologieoptimierung und Anwendungserkundung neue Impulse für die Branche setzen.

Jerico PCB ist seit mehr als zehn Jahren tief im Bereich der Rigid-Flex-Leiterplattenfertigung verwurzelt. Unser professionelles Ingenieursteam verfügt über umfangreiche Produktionserfahrung und bietet nahtlose Produktionsunterstützung vom Prototyp bis zur Serienfertigung. Das eigene hochmoderne Werk von Jerico kann zudem den Produktentwicklungszyklus begleiten und flexible Lieferzeiten gewährleisten. Wir besprechen gerne Ihre Projekte und bringen Ihrem Unternehmen zusätzlichen Mehrwert.

Lassen Sie uns heute über Leiterplatten sprechen!