Überblick über flexible Leiterplatten
Die flexible Leiterplatte (FPC – Flexible Printed Circuit) wird auf flexiblen Basismaterialien (typischerweise Polyimid-/PI-Folie) gefertigt und zeichnet sich durch Biegbarkeit, Faltbarkeit sowie geringe Dicke und geringes Gewicht aus. Da elektronische Produkte immer dünner und stärker auf Wearables ausgerichtet werden, weiten sich die FPC-Anwendungen rasch aus.
Der globale FPC-Markt soll bis 2026 ein Volumen von 18 Milliarden US-Dollar erreichen, bei einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von etwa 10%. China ist der weltweit größte FPC-Produktions- und -Absatzmarkt und macht über 45% der globalen Kapazität aus.
Klassifizierung von FPC
Nach Lagenanzahl
- Einlagige FPC: eine Leiterschicht, am einfachsten und kostengünstigsten
- Zweilagige FPC: zwei über Durchkontaktierungen verbundene Leiterschichten
- Mehrlagige FPC: drei oder mehr Leiterschichten für komplexe Schaltungen
- Starrflex (Rigid-Flex): Kombination aus starren und flexiblen Leiterplatten
Nach Anwendungstyp
- Statische Biegung: behält nach der Montage eine feste gebogene Position bei
- Dynamische Biegung: erfordert wiederholtes Biegen während des Gebrauchs (z. B. Scharniere von Klapptelefonen)
- Biegen zur Montage: wird bei der Montage gebogen und bleibt danach statisch
Kernmaterialien für FPC
Basismaterialien
| Material | Eigenschaften | Anwendung |
|---|---|---|
| Polyimid (PI) | Hitzebeständig, flexibel | Mainstream-FPC-Basismaterial |
| Polyester (PET) | Kostengünstig, chemikalienbeständig | Consumer-Elektronik im Einstiegssegment |
| LCP | Geringer dielektrischer Verlust, geringe Feuchtigkeitsaufnahme | Hochfrequenz-FPC |
| Modifiziertes PI (MPI) | Zwischen PI und LCP | 5G-Antennen |
Deckschichten
- Coverlay: PI-Folie + Klebstoff, der gängigste FPC-Schutz
- Photo-Coverlay: fotostrukturierbar für feine Öffnungen
- Flexibler Lötstopplack: siebgedruckt, kostengünstiger, aber weniger flexibel
FPC-Designrichtlinien
Gestaltung des Biegebereichs
Der Biegebereich ist der Kern des FPC-Designs und erfordert besondere Aufmerksamkeit:
- Leiterbahnverlauf: Leiterbahnen sollten senkrecht zur Biegeachse verlaufen
- Leiterbahnbreite: Leiterbahnen im Biegebereich verbreitern, um die Spannung zu verteilen
- Keine Durchkontaktierungen: keine Durchkontaktierungen in Biegezonen platzieren
- Kupfertyp: gewalztes, geglühtes Kupfer (RA) für dynamische Biegungen verwenden
- Biegeradius: Minimum typischerweise das 6- bis 10-Fache der Leiterplattendicke
Minimaler Biegeradius
| Biegetyp | Minimaler Radius |
|---|---|
| Einlagig statisch | Dicke × 6 |
| Zweilagig statisch | Dicke × 12 |
| Einlagig dynamisch | Dicke × 12-25 |
| Zweilagig dynamisch | Dicke × 25+ |
Gestaltung von Versteifungen (Stiffener)
FPC erfordern Versteifungen an Steckverbinder- und Bauteilbereichen:
- PI-Versteifung: 0.1-0.3mm, allgemeine Verstärkung
- Edelstahl: hohe Steifigkeit für Steckverbinderbereiche
- FR4-Versteifung: ähnliche Haptik wie eine starre Leiterplatte
- Aluminium: kombinierte Verstärkung und Wärmemanagement
Typische Anwendungen
Smartphones
- FPC für die Hauptplatinenverbindung
- FPC für das Kameramodul
- Display-FPC (LCD/OLED)
- FPC für das Fingerabdruckmodul
- 5G-Antennen-FPC (LCP/MPI)
Wearables
- Smartwatches: runde oder unregelmäßig geformte FPC
- TWS-Ohrhörer: Miniatur-FPC zur Verbindung von Modulen
- Gesundheits-Monitoring-Pflaster: ultradünne, körperkonforme FPC
- AR/VR-Headsets: Starrflex zur Verbindung optischer Module
Kfz-Elektronik
- Armaturenbrett: FPC über lange Distanzen als Ersatz für Kabelbäume
- Fahrzeugkameras: hochtemperaturbeständige FPC
- Batteriemanagement: FPC zur Spannungserfassung
- LED-Scheinwerfer: FPC auf Aluminiumbasis mit Wärmeableitung
Medizingeräte
- Endoskope: ultrafeine FPC, Durchmesser <2mm
- Hörgeräte: mehrlagige Miniatur-FPC
- Implantierbare Geräte: biokompatible FPC
- Tragbare Monitore: flexible Sensorträger
FPC-Fertigungsprozess
- Materialzuschnitt: PI-Basismaterial und Kupferfolie
- Bohren/Laser: Durchkontaktierungen und Coverlay-Öffnungen
- Galvanisieren: Metallisierung der Durchkontaktierungen und Oberflächenbeschichtung
- Musterübertragung: Belichtung und Entwicklung
- Ätzen: überschüssiges Kupfer entfernen
- Coverlay-Lamination: Schutz der Schaltungen
- Oberflächenbehandlung: ENIG, OSP usw.
- Anbringen der Versteifung
- Konturbearbeitung: Stanzen oder Laserschneiden
- Elektrische Prüfung: Durchgangs-/Kurzschluss- und Impedanzprüfung
FPC im Vergleich zur starren Leiterplatte
| Vergleich | FPC | Starre Leiterplatte |
|---|---|---|
| Dicke | 0.05-0.5mm | 0.4-3.2mm |
| Gewicht | 60-90% leichter | Standard |
| Flexibilität | Biegbar | Nicht biegbar |
| Vibrationsbeständigkeit | Ausgezeichnet | Durchschnittlich |
| 3D-Routing | Unterstützt | Nicht unterstützt |
| Kosten | Höher | Niedriger |
Fazit
Die flexible Leiterplatte ist eine Schlüsseltechnologie für die Miniaturisierung elektronischer Produkte und innovatives Design. Von Smartphones über Wearables bis hin zu Automobil- und Medizingeräten sind FPC-Anwendungen allgegenwärtig.
Sunking PCB bietet die Fertigung des gesamten Spektrums flexibler Leiterplatten – von einlagigen bis zu mehrlagigen FPC und Starrflex-Platinen. Kontaktieren Sie uns für professionelle Unterstützung bei FPC-Design und -Fertigung.