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Flexible Leiterplatten

Flexible Leiterplatten (Printed Circuit Boards, PCB), die umgangssprachlich auch Flexplatten oder Flex-Schaltungen genannt werden, sind Leiterplatten auf Basis von Polyimid-Folie. Auf diese Folie werden elektrisch leitfähige Streifen und Bauteile aufgebracht. Dies kann sowohl nur auf einer Seite als auch doppelseitig geschehen oder mit mehreren Zwischenlagen (Multilayering). Vorteil dieser speziellen Art von Leiterplatten ist insbesondere ihre Flexibilität, die es erlaubt, sie platzsparend auf engsten Räumen unterzubringen. Ein Nachteil sind die höheren Kosten. Außerdem können Flex-Leiterplatten (noch) nicht so viele Lagen von Leiterbahnen aufnehmen wie starre Platinen, eignen sich also nicht so gut zum Multilayering und damit nicht für komplexeste Schaltungen, die eine Entflechtung des Layouts über viele Ebenen erfordern.

Wie werden flexible Leiterplatten hergestellt?

Grundsätzlich unterscheidet sich die Herstellung flexibler Leiterplatten von der starrer Platinen. Während bei starren Leiterplatten Teile der metallischen Beschichtung von der Träger- Schicht aus faserverstärktem Kunststoff entfernt werden (durch Ätzen, Fräsen oder Lasern), werden die kupfernen Leitungsbahnen bei Flexplatinen auf eine Trägerfolie aufgeklebt, Stand der Technik sind hierbei Substrate auf Basis von Polyimiden. Wie bei herkömmlichen Platinen, muss auch hier das Kupfer anschließend mit einer Schutzschicht vor Korrosion geschützt werden. PCBs können besonders einfach mit einem Laser geschnitten werden.

Der Länge flexibler Leiterplatten werden in der Praxis vor allem durch zwei Faktoren Grenzen gesetzt: Zum einen sind viele Maschinen in der Leiterplattenfertigung (noch) nicht in der Lage Flexplatten in beliebiger Länge herzustellen, zum anderen sind mehrere Meter lange „Platinenschlangen“, je nach Anwendung, zu umständlich in der Handhabung. In der Praxis bevorzugt man darum aktuell oft noch kĂĽrzere Platinen, die sich mittels Steckverbindungen oder Lötstellen bei der Montage verbinden lassen.

Wo werden flexible Leiterplatten eingesetzt?

Die dünnen Flex-Leiterplatten kommen für viele unterschiedliche Anwendungen in Frage, bei denen klassische Leiterplatten nicht eingesetzt werden können oder ersetzt werden sollen. Aufgrund ihrer Flexibilität können Flex-Platten gebogen, verdreht oder gar gefaltet in enge Räume eingepasst werden. Dort eignen sie sich trotz ihrer geringen Dicke zur Bestückung mit den verschiedensten Bauelementen. Diese Eigenschaften prädestinieren flexible Leiterplatten zur Verwendung in modernen elektronischen Geräten, die wegen ihrer Kompaktheit eine besondere Herausforderung hinsichtlich der Unterbringung aller Baugruppen und -teile auf kleinem Raum darstellen. Doch auch für dynamische Anwendungen können Flex-Leiterplatten verwendet werden, beispielsweise zur Verbindung zwischen einem sich bewegenden Druckkopf eines Tintenstrahldruckers und den unbeweglichen Teilen des Geräts. Bei diesen Anwendung werden flexible Leiterplatten vor allem als Ersatz für Stecker und Kabelverbindungen genutzt, wie man sie sonst in elektronischen Geräten findet.

Ein bedeutendes Zukunftsfeld der flexiblen Leiterplatten ist die Automobilindustrie sowie die Luft- und Raumfahrtbranche. Dort erhofft man sich, die heute noch üblichen Kabelbäume, die zusammengenommen mehrere Kilometer lang sind, künftig durch flexible Leiterplatten ersetzten zu können. Bis vor kurzem scheiterte dies noch daran, dass nur wenige Unternehmen in der Lage waren, überhaupt FPCs in der erforderlichen Länge herzustellen (bis vor Kurzem galten 610 mm als Standardhöchstmaß in der Fertigung) und an den höheren Kosten. Doch auch hier fallen mit erhöhtem Wettbewerbsdruck die Preise. Außerdem ist mit flexiblen Leiterplatten eine dezentrale Organisation elektronischer Bauteile möglich, so können zum Beispiel zusätzliche Sensoren auf den Leiterplatten platziert werden.

Was sind semiflexible Leiterplatten?

Semiflexible Leiterplatten dĂĽrfen nicht mit den oben erläuterten flexiblen Leiterplatten verwechselt werden, denn mit diesen haben sie nicht viel mehr als den Namen gemein. Zwar können auch semiflexible Leiterplatten gebogen werden, jedoch nur wenige Male, zum Beispiel zum Einbau der Platine. Eine semiflexible Leiterplatte besteht aus denselben Materialien wie eine starre (in der Regel also einem faserverstärkten Kunststoff oder Hartpapier), dass jedoch stellenweise besonders dĂĽnngefräst oder ausgestanzt wird, wodurch sie sich biegsam wird. Dieses Verfahren ist kostengĂĽnstiger als die Verwendung „echter“ Flexplatten, jedoch sind die so entstehenden Platinen nicht fĂĽr dauerhafte mechanische Belastung durch Bewegungen ausgelegt, auĂźerdem sind die minimalen Biegeradien größer.

Zusammengefasst: Vor- und Nachteile flexibler Leiterplatten in der Ăśbersicht

Vorteile

  • Platzersparnis durch Flexibilität und geringe Flexmaterialdicke
  • Zur Verbindung statischer und beweglicher Teile geeignet
  • Geringere Komplexität durch Wegfall zusätzlicher Steck- und Leitungskomponenten
  • FĂĽr höhere Temperaturen geeignet
  • Zuverlässiger als Kabelbäume, da FPC mehr Strom fĂĽhren können als Drähte
  • Leichter als klassische Leiterplatten

Nachteile

  • Höhere Kosten, dafĂĽr langlebiger
  • GroĂźe Längen teilweise (noch) problematisch
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