Eine fertige Starrflex-Leiterplatte ist eine Platte, entsteht aber aus zwei Materialsystemen, die in einem Pressvorgang zusammenkommen: Polyimid (PI) und Coverlay im Flexbereich, FR-4 und Prepreg im Starrbereich. Sie durchläuft alle Schritte eines normalen Multilayers und zusätzlich einige Schritte, die nur dem Flexbereich dienen.
Ob Starrflex überhaupt nötig ist, behandelt Flex oder Starrflex: Konstruktionsgrenzen; die Materialwahl im Lagenaufbau behandelt Starrflex-Lagenaufbau und Materialwahl. Hier geht es nur um die Reihenfolge der Prozessschritte.
Prozessübersicht
| # | Schritt | Zweck | Dateneingabe | Wo Fehler sichtbar werden |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Innenlagenstrukturierung Flexkern | Flexlagen auf PI-Basismaterial erzeugen | Gerber der Flexlagen, Kennzeichnung Biegebereich | Innenlagen-AOI, elektrischer Endtest |
| 2 | Coverlay öffnen und laminieren | Leiterbahnen im Flexbereich schützen | Coverlay-Öffnungslage (eigene Datei) | Sichtprüfung nach dem Pressen, freiliegendes Kupfer |
| 3 | Starrlagen strukturieren und vorfräsen | Starrkerne über dem Flexbereich fräsen oder tiefenfräsen | Starr-Flex-Grenzlinie, Kontur Flexbereich | Saubere Deckelentfernung |
| 4 | No-Flow-Prepreg ausschneiden | Starrlagen mit Flexkern verbinden, kein Kleber im Flexbereich | Dieselbe Grenzlinie | Harzaustritt, versteifter Flexbereich |
| 5 | Hybridverpressung | Flexkern und Starrlagen zu einer Platte pressen | Vollständige Lagenaufbau-Tabelle | Delamination, Lageversatz |
| 6 | Bohren und Desmear | Bohrlochwand durch PI, Kleber und FR-4 | Bohrdaten, Lochattribute | Lochwandqualität, Haftung der Metallisierung |
| 7 | Galvanik und Außenlagen | Durchkontaktierung und Außenlagenstruktur | Außenlagen-Gerber, Kupferdicke | Hülsenkupfer, Leiterbreite |
| 8 | Lötstopplack, Oberfläche, Bestückungsdruck | Nur auf Starrbereichen | Lötstopplage, Oberflächenvorgabe | Lackkante an der Starr-Flex-Grenze |
| 9 | Deckelentfernung, Kontur, E-Test | Starrmaterial über dem Flexbereich entfernen, Kontur fräsen, 100 % E-Test | Konturlage, Testnetzliste | Endtest, Abnahme nach IPC-6013 |
Die Schritte 2, 3, 4 und 9 gibt es beim normalen Multilayer nicht. Schritt 6 gibt es, aber mit anderen Lochwandmaterialien.
Flexkern: zuerst gefertigt, zuerst eingefroren
Die Flexlagen werden auf dem Flexkern strukturiert und vor dem Pressen geprüft. Nach dem Pressen liegen sie innen; ein Strukturfehler lässt sich dann nur noch im E-Test finden, nicht mehr reparieren. Die Innenlagen-AOI ist deshalb das Freigabetor, siehe Innenlagen-AOI als Einweg-Freigabe.
Der Entwickler liefert eigene Gerber-Dateien für die Flexlagen und eine eindeutige Kennzeichnung des Biegebereichs. Regeln zur Leiterführung im Biegebereich stehen im Starrflex-Designleitfaden.
Coverlay: eine eigene Datenlage
Der Flexbereich wird statt mit flüssigem Lötstopplack mit Coverlay (PI-Folie plus Kleber) geschützt. Das Coverlay wird zuerst an den Padpositionen geöffnet und dann passgenau auf den Flexkern laminiert.
- Coverlay-Öffnungen brauchen eine eigene Datenlage. Liegt nur eine Lötstopplage vor, muss der Hersteller die Öffnungen ableiten und per EQ bestätigen lassen.
- Zur Materialwahl siehe Coverlay und Polyimid für Flex-Leiterplatten.
Fenster in Starrlagen und No-Flow-Prepreg: die Grenzlinie bestimmt beides
Über dem Flexbereich liegt zunächst Starrmaterial. Damit es am Ende entfernt werden kann, passieren vor dem Pressen zwei Dinge:
- Vorfräsen des Starrkerns: Der Starrkern wird über dem Flexbereich geöffnet oder tiefengefräst und nach dem Pressen entlang der Grenzlinie entfernt.
- No-Flow- (Low-Flow-) Prepreg ausschneiden: Die Klebelage wird über dem Flexbereich zurückgeschnitten, damit kein Harz hineinfließt. Normales Prepreg fließt zu stark; Harz im Flexbereich versteift ihn und kann beim Biegen Risse verursachen.
Beide Schritte nutzen dieselben Daten: die Starr-Flex-Grenzlinie und die Kontur des Flexbereichs. Ist die Grenze unklar, gelingt keiner der beiden Schritte genau. Zeichnen Sie die Grenzlinie auf einer mechanischen Lage und geben Sie in der Lagenaufbau-Tabelle je Lage an, ob das Material im Flexbereich bleibt oder entfernt wird. Zur Gestaltung der Übergangszone siehe Übergangszone in der Starrflex-Fertigung.
Hybridverpressung: zwei Materialien, ein Pressvorgang
Flexkern, ausgeschnittene Klebelagen und Starrlagen werden gestapelt und einmal verpresst. Dabei werden alle vorherigen Datenfehler festgeschrieben:
- Registrierung: Flexkern und Starrlagen müssen deckungsgleich sein. PI und FR-4 unterscheiden sich in der Maßstabilität; je mehr Lagen, desto stärker hängt die Passung von der Kompensation gemessener Verzüge durch den Hersteller ab. Allgemeine Methoden in Registrierung beim Multilayer-Pressen.
- Delaminationsrisiko: Feuchte im Material, unvollständige Kleberabdeckung oder Harzaustritt zeigen sich als Delamination nach dem Pressen oder beim Reflow.
Die Lagenaufbau-Tabelle sollte je Lage Materialtyp (PI-Basismaterial, Coverlay, Kleber, FR-4-Kern, Prepreg) und Kupferdicke angeben, nicht nur die Gesamtdicke. Der veröffentlichte SKPCB-Bereich für Starrflex: 2–20 Starrlagen, 1–8 Flexlagen, Plattendicke 0,3–4,0 mm, Basis FR-4+PI; siehe Produktseite Starrflex-Leiterplatte.
Bohren und Desmear: mehr als ein Lochwandmaterial
Durchkontaktierungen im Starrbereich gehen durch FR-4, Kleber und PI. Jedes Material reagiert anders auf Bohrwärme, Spanabfuhr und Desmear, und die Sauberkeit der Lochwand bestimmt die Haftung der Metallisierung. Fehler zeigen sich meist als Hülsenrisse nach Thermostress oder Reflow.
Was der Entwickler tun kann: Vias von der Starr-Flex-Grenze fernhalten und in den Starrbereich legen; PTH und NPTH in den Bohrdaten trennen.
Galvanik, Außenlagen und Oberfläche: nur im Starrbereich
Metallisierung und Außenlagenstruktur entsprechen dem normalen Multilayer. Lötstopplack, Oberfläche und Bestückungsdruck kommen nur auf Starrbereiche; der Flexbereich ist durch Coverlay geschützt. Legen Sie in der Zeichnung fest, wie die Lackkante das Coverlay an der Grenze überlappt, sonst drohen freiliegendes Kupfer oder Lack auf dem Flexbereich.
Deckelentfernung, Kontur und Test: der letzte Ort, an dem Fehler auftauchen
Beim Konturfräsen wird das Starrmaterial über dem Flexbereich entlang der Grenze entfernt (Deckelentfernung), danach die Außenkontur gefräst. Fehler aus Schritt 3 und 4 zeigen sich hier als unvollständige Entfernung, beschädigte Flexoberfläche oder Harzaustritt an der Grenze.
Danach folgt der elektrische Test. SKPCB prüft 100 % aller Aufträge per Flying Probe oder Adapter, siehe Flying Probe oder Adaptertest. Starrflex-Leiterplatten werden nach IPC-6013 Class 2 / Class 3 abgenommen; alle Prozessparameter stehen im Starrflex-Fähigkeitsblatt.
Vor der Freigabe festzulegende Daten
- Getrennte Gerber für Flex- und Starrlagen, Lagennamen passend zur Lagenaufbau-Tabelle.
- Coverlay-Öffnungslage (eigene Datei).
- Starr-Flex-Grenzlinie und Kontur des Flexbereichs auf einer mechanischen Lage.
- Lagenaufbau-Tabelle: Materialtyp und Kupferdicke je Lage sowie Verbleib oder Entfernung im Flexbereich.
- Lage und Art des Biegebereichs (statisch oder dynamisch).
- Bohrdaten mit getrennten PTH/NPTH, Bohrungen abseits der Grenzlinie.
- Überlappung Lötstopplack/Coverlay an der Grenze.
- Abnahmeklasse: IPC-6013 Class 2 oder Class 3.
Mit vollständigen Daten können Sie direkt ein Angebot anfragen; die Technik bestätigt Lagenaufbau und Fenster im EQ.
Zusammenfassung
Fast jeder zusätzliche Schritt der Starrflex-Fertigung folgt einer Linie: der Starr-Flex-Grenze. Der Flexkern wird zuerst gefertigt und eingefroren; Coverlay, Starrlagen-Fenster und No-Flow-Prepreg werden entlang dieser Grenze geöffnet; die Deckelentfernung am Ende folgt ihr erneut. Wenn die Daten diese Linie und den Verbleib jeder Lage festlegen, hat jeder spätere Schritt eine Grundlage.
FAQ
F: Welche Schritte kommen beim Starrflex gegenüber dem Multilayer hinzu?
A: Vor allem Coverlay auf dem Flexkern, Vorfräsen der Starrlagen, Ausschneiden des No-Flow-Prepregs und die abschließende Deckelentfernung. Bohren und Desmear gibt es auch beim Standard, aber hier geht die Lochwand durch PI, Kleber und FR-4.
F: Warum ist No-Flow-Prepreg nötig?
A: Normales Prepreg fließt beim Pressen zu stark und kann in den Flexbereich laufen, ihn versteifen oder beim Biegen reißen lassen. No-Flow- oder Low-Flow-Klebelagen halten das Harz im Starrbereich.
F: Reicht eine Lötstopplage ohne Coverlay-Lage?
A: Für ein Angebot ja, aber der Hersteller muss die Coverlay-Öffnungen ableiten und per EQ bestätigen lassen. Eine eigene Coverlay-Lage spart eine Rückfragerunde.
F: Dürfen Vias nahe der Starr-Flex-Grenze liegen?
A: Nicht empfohlen. An der Grenze konzentrieren sich Spannungen, und die Lochwand kreuzt mehrere Materialien. Vias gehören in den Starrbereich.
F: Wie viele Lagen fertigt SKPCB als Starrflex?
A: Veröffentlicht sind 2–20 Starrlagen und 1–8 Flexlagen bei 0,3–4,0 mm Plattendicke.
F: Nach welcher Norm wird abgenommen?
A: IPC-6013 Class 2 oder Class 3, eine andere Norm als IPC-6012 für starre Leiterplatten. Jeder Auftrag wird zu 100 % elektrisch getestet.