PCB-Versteifungen für Flex-PCBs

Bei der Entwicklung moderner Elektronikprodukte werden flexible und starrflexible Leiterplatten (PCBs) aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer Flexibilität häufig eingesetzt. Allerdings können flexible Leiterplatten durch mechanische Belastungen beim Schweißen, bei der Montage und im Langzeitgebrauch leicht verformt oder beschädigt werden. Daher ist ein Element zur Verbesserung der strukturellen Festigkeit und Stabilität der Leiterplatte erforderlich – eine PCB-Versteifung. In diesem Artikel werden PCB-Versteifungen ausführlich erörtert, einschließlich ihrer Definition, ihrer Hauptfunktionen, Anwendungen, Vorteile und Designaspekte.

Was ist eine PCB-Versteifung?

PCB-Versteifung ist ein Material, das die strukturelle Steifigkeit und Stützfestigkeit von Flex- und Starrflex-Leiterplatten erhöht. Dies trägt nicht nur zu besseren mechanischen Eigenschaften der Leiterplatten bei, sondern steigert auch die Montageeffizienz und macht die Leiterplatten bei schwereren Bauteilen stabiler. Insbesondere bei Flex-Leiterplatten bietet sie zusätzlichen mechanischen Halt, um Verformungen oder Beschädigungen der Leiterplatten während des Betriebs, Schweißens und der Nutzung zu vermeiden. Insgesamt trägt die PCB-Versteifung maßgeblich zur Verbesserung der Stabilität und Haltbarkeit von Leiterplatten bei.

Warum benötigen flexible Leiterplatten Versteifungen?

Eine flexible Leiterplatte benötigt eine Versteifung vor allem zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit und Stabilität. Da das Material einer flexiblen Leiterplatte sehr dünn ist und gebogen und gefaltet werden kann, benötigen bestimmte Schlüsselbereiche oft zusätzliche Unterstützung und Schutz, um die Integrität während des Gebrauchs zu gewährleisten. Flex-Leiterplatten werden häufig in Schweißbereichen, an Anschlussstellen, in Bereichen mit schweren Bauteilen und in anderen Bereichen eingesetzt, in denen die Festigkeit erhöht werden muss. Beispiele:

1. Schweißbereich:

Flex-Leiterplatten verformen sich beim Schweißen, was zu schwachen Schweißpunkten führt und die Stabilität der elektrischen Verbindungen beeinträchtigt. Daher ist es notwendig, im Schweißbereich, insbesondere an den Schweißpunkten von Steckverbindern oder Komponenten, eine Leiterplattenversteifungsplatte anzubringen, um Verformungen oder Beschädigungen der Leiterplatte durch Schweißwärme und Betriebskraft zu verhindern und die Schweißzuverlässigkeit zu verbessern.

2. CAnschlussbereich:

Der Anschlussbereich der Platine wird wiederholt eingesteckt und wieder herausgezogen. Die dabei entstehende Belastung kann dazu führen, dass sich die Flexplatine verbiegt oder reißt und der Anschluss sogar abfällt. Durch das Hinzufügen einer PCB-Versteifung in diesen Bereichen können Leiterplattenschäden durch wiederholtes Einstecken oder Verwenden des Anschlusses jedoch wirksam verhindert werden.

3. Schwerteilebereich:

Bei schwereren Bauteilen kann der Flexbereich ohne PCB-Versteifung dem Gewicht des Bauteils nicht standhalten, was zu Verbiegungen oder sogar Beschädigungen führen kann. Daher muss in Bereichen, in denen schwerere Bauteile oder Komponenten installiert werden müssen, eine PCB-Versteifung angebracht werden, um zusätzlichen Halt zu bieten und den Druck schwerer Gegenstände zu verteilen. So wird eine Verformung der Flex-PCB verhindert.

Nachdem Sie verstanden haben, warum Flex-PCBs brauchen Versteifungen, schauen wir mal at Parameter von PCB-Versteifungen.

Kenngrößen of PCB-Versteifungen

Gängige Versteifungsmaterialien für flexible Leiterplatten

Zu den PCB-Versteifungsmaterialien zählen zahlreiche gängige Materialien wie FR4, Polyimid (PI) und Metallmaterialien.

In einigen speziellen Anwendungen werden auch PCB-Versteifungsschienen verwendet, die nicht nur die Steifigkeit der Leiterplatte erhöhen, sondern auch zur Stromleitung genutzt werden können.

Versteifungsdicken

Die Dicke der PCB-Versteifung variiert je nach Material und die geeignete Dicke muss entsprechend der spezifischen Anwendung und den Stützanforderungen ausgewählt werden.

Leistungsvergleich der Versteifung

Versteifungen aus verschiedenen Materialien weisen große Leistungsunterschiede auf. Bitte beachten Sie die folgende Tabelle. Dieses Formular hilft Ihnen bei der Auswahl des am besten geeigneten Versteifungsmaterials.

Mehrschichtige PCB-Versteifungen

Einige Designs erfordern mehrschichtige PCB-Versteifungen oder eine Kombination aus mehreren Materialien. In diesem Fall müssen Sie mehrere Punkte berücksichtigen, um den Verstärkungseffekt und die Leistung der gesamten Platine sicherzustellen:

Materialverträglichkeit:

Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) und dehnen oder ziehen sich bei Temperaturschwankungen unterschiedlich schnell zusammen. Daher sollten wir bei der Kombination verschiedener Materialien Materialien mit ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wählen, um Delamination, Verformungen oder Rissbildung durch Temperaturschwankungen zu vermeiden.

Zwischenschichtbindung:

Die Verbindung zwischen den Schichten ist für mehrschichtige Versteifungen sehr wichtig. Eine gute Zwischenschichthaftung gewährleistet, dass die verstärkte Platte unter mechanischer Belastung intakt bleibt. Daher empfehlen wir die Verwendung eines speziellen hochfesten Klebstoffs zwischen den mehrschichtigen Versteifungen (die Hitzebeständigkeit und Alterungsbeständigkeit des Klebstoffs sollten den Anforderungen der Leiterplattennutzung entsprechen).

Dicke:

Die Anzahl der Leiterplattenverstärkungsplatten ist groß, und die Platte wird zwangsläufig dicker. Daher müssen wir bei der mehrschichtigen Leiterplattenversteifung die Dicke jeder Schicht kontrollieren, um sicherzustellen, dass sie die Dickengrenze und die Montageanforderungen der Leiterplatte erfüllt. kann ausreichend Halt bieten, ohne die Gesamtflexibilität der Flex-Leiterplatte zu beeinträchtigen.

Gewicht:

Bei flexiblen oder starrflexiblen Leiterplatten kann das Gewicht die Biegefähigkeit und Flexibilität der Platine beeinträchtigen. Daher sollten Sie beim Einsatz mehrschichtiger Versteifungen oder bei der Verwendung der Platine für Leichtbauanwendungen leichte Materialien wie Polyimid (PI) oder dünnes FR4 wählen.

Platzierung der Versteifungen

Bei einer flexiblen Leiterplatte hat die Position der Versteifung einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit der Platine. Gängige Platzierungsorte sind:

Obere oder untere Schicht: Die obere Verstärkungsschicht kann die Zugfestigkeit beim Biegen der Platte erhöhen, während die untere Verstärkungsschicht die Druckfestigkeit erhöhen kann. Bei flexiblen Leiterplatten, die häufig gebogen werden müssen, kann die ein- oder doppelseitige Platzierung von Verstärkungsplatten Risse oder Verformungen wirksam verhindern.

Ausgewiesene Bereiche: Da diese Bereiche einer größeren mechanischen Belastung ausgesetzt sind, wie z. B. Anschlussbereiche, Schweißbereiche oder Bereiche, in denen schwere Komponenten verbaut werden müssen, sind Verstärkungsplatten erforderlich, um die Haltbarkeit und Stabilität der Platine zu verbessern.

Konstruktionsprinzip von PCB-Versteifungen

Befolgen Sie die folgenden Richtlinien, um die effektive Integration und Funktionalität der Verstärkungsplatte sicherzustellen:

Lage der Lage: Die Verstärkungsplatte sollte möglichst nahe an der Kernschicht der flexiblen Leiterplatte liegen, um maximale Unterstützung zu gewährleisten. (Bei mehrschichtigen Versteifungen sollten wir die Gesamtsteifigkeit und Flexibilität der Waage berücksichtigen.)

Schichtverklebung: Die Zuverlässigkeit der Schichtverklebung steht in direktem Zusammenhang mit der Langzeitstabilität der Platte. Daher wird empfohlen, hochfeste, hitzebeständige Klebstoffe zu verwenden, um eine Trennung oder Verschiebung zwischen den Schichten zu vermeiden.

Grundrissgestaltung: Der Umriss der Verstärkungsplatte sollte der Form der Leiterplatte entsprechen, um scharfe Ecken oder unregelmäßige Kanten zu vermeiden. So wird verhindert, dass sich Spannungen konzentrieren und die Verstärkungsplatte oder die Leiterplatte beschädigen. (Das glatte Konturdesign passt sich besser an die Biegeanforderungen der Leiterplatte an und verlängert die Lebensdauer.)

Installationsmerkmale: Wir können die Verstärkungsplatte so gestalten, dass sie je nach Anwendungsanforderungen einfach zu installieren und zu entfernen ist. (Für einige Bereiche, die geschweißt werden müssen, kann die Verstärkungsplatte so konstruiert werden, dass sie zur einfachen Reparatur und zum Austausch vorübergehend zerlegt werden kann.)

Flex-Übergang: Bei der Gestaltung des Übergangs zwischen Verstärkungsplatte und Flexbereich ist darauf zu achten, dass der Übergangsbereich eine entsprechende Flexibilität aufweist. (Risse oder Brüche aufgrund von Steifigkeitsunterschieden vermeiden.)

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Leiterplattenversteifung eine entscheidende Rolle bei flexiblen und starrflexiblen Leiterplatten spielt. Sie erhöht nicht nur die mechanische Festigkeit der Leiterplatte, sondern verbessert auch deren Stabilität und Haltbarkeit. Ich hoffe, dieser Artikel bietet Ihnen eine klare Designreferenz, damit Sie die Verstärkungsplatte in praktischen Anwendungen besser auswählen und konfigurieren können. Bei Fragen kontaktieren Sie uns gerne!