Flexible- und Starrflexible Leiterplatten

Flexible- und Starrflexible
Leiterplatten
Gekürzte Version
Lars-Olof Wallin
IPC European Representative
Agenda
Teil 1: Hintergrund und ökonomische Berechnungen.
Teil 2: Design, CAD und CAM für Flex und Starrflex.
Teil 3: Das Basis Material für Flex und Starrflex.
Teil 4: Produktion von einer 2-Lager Flex.
Teil 5: Produktion von einer 8-Lager Starrflex.
IPC Teil: 1
Hintergrund und
ökonomische
Berechnungen
Historik
• Die Flexteknik ist mehr als 100 Jahre alt:
– 1903: Albert Hanson erhielt das British Patent 4681.
– 1904: Thomas Edison beschrieb die Flexteknik.
– 1927: Parolini entwickelte das additive Kupfer
– 1960: Moderne Flexkarten mit Kupfer/Mylar.
– 1969: Kapton und high-tech Karten.
DEFINITIONEN
Vier typische Flex und Starrflex
Zusammenstellungen
1. Einzel Cu Lager Flex.
Vier typische Flex und Starrflex
Zusammenstellungen
2. Zwei Cu Lager Flex.
Four typical Flex and Flex-Rigid
configurations
3. Multi Cu Lager Flex.
Warum Flex?
• Die fortschrittliche Lösung für ein modernes
elektronisches Produkt:
– Diese Lösung ersetzt die Kabel zwischen den
PCBs.
– Der wesentliche Vorteil mit Flex besteht in der
unbegrenzten Flexibilität der
Elektronikkonstruktion.
Vorteile mit Flex
• Geringeres Gewicht gegenüber Kabelinterface.
• Dünneres Material ergibt geringere Bauhöhe.
• Vereinfacht die Verbindung zwischen den
Baugruppen.
• Eine grosse Anzahl von Herstellern und
Basismateriallieferanten.
• Kürzere Produktentwicklungszyklen.
• Robuster als starre Baugruppen.
• Umweltfreundlicher als organisches Material.
Vorteilen mit Flex?
•
•
•
•
•
•
Kleines Volumen.
Sehr dünn.
Einfach zu integrieren mit FR4 & HDI.
Können viel mal beweget werden.
Einfach zu Kundeanpassen.
Kann mit Bauteilen gelötet werden.
Nachteile mit Flex
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•
Erfordert Spezialwerkzeuge und Erfahrung.
Komplizierte Entfernung der SMD Bauteile.
Elektrische Prüfung der Baugruppen.
Die Sauberkeit ist kritisch.
In der Kupferfoile können mit der Zeit
Ermüdungserscheinungen auftreten.
• PI ist feuchtigkeitsempfindlicher als FR4.
DER PREIS!!
IPC Teil: 1A
Was kostet Flex und Starrflex?
Ohne Gewinn kein Erfolg!!
Kostenkalkül
Was kostet ein Flex?
Beispiel 2.
Vorteile mit Flex aus finanzieller Sicht
• Beispiel 2:
– Ein Teil in einem Bestückungsautomat. (Pick
& Place maschine).
– Anforderung Demand: Mechanisch haltbar.
Slussfolgerung!
Flex kann Kabel + FR4 ersetzen!
Wie hoch sind hierfür die Kosten in €€?
Kostenkalkül
• CAD Kosten:
– CAD von Flex kostet mehr als CAD of (4-lager).
• PCB Kosten:
– Die Flex Karte = teuerer, als FR4 + Kabel.
Kostenkalkül
• Kosten für Schablone:
– Gleich.
• Kosten für Pick & Place + Löden + Kontrolle:
– Flex ist wegen der Spezialvorrichtungen teurer.
Lassen Sie uns Rechnen!
• In Circuit Test:
– Gleich
• Entmontage der Kabel:
– Kosten für Kontakte und Kabeln: 0,5€.
– Extra Montagezeit: 15 min = 7,5€/Teil.
– ∑ bei 500 Teilen: 4000€.
Lassen Sie uns Rechnen!
• Gesamtkosten bei Maschinenstillstand:
– Wie hoch sind die Maschinenausfallkosten?
•
•
•
•
Reparaturkosten: 3000-10000€.
Bad will?
Verlust des Kunden?
Wiederholungsstörungen?
Gesamt: 5000€
Der Preis für Starrflex ist
nicht das Wesentliche!!
Es ist eine Frage
wie man rechnet!
IPC Teil: 2
Design, CAD und CAM?
Netzplan
BOM
IPC-2141A
IPC-2251
IPC-2152
IPC-7093
IPC-7094
J-STD-609A
IPC-1752A
IPC-2610
Neue
Entflektung -Gerber Data
-Bohr Data
-Flex Karte
Spezifikation
Footprints
Bauteile Placierung
IPC-2221A
IPC-2223C
IPC-7351B
IPC-7525B
IPC-7095B
-Gerber Data
-Bohr Data
-Flex Karte
Spezifikation
Program für:
•Laser Plotter
•Bohr & Fräsen
•AOI & El. Prüf.
IPC-2581
Zum Stans
Lieferant
Zeichnungen und
Digitale Data für
Stans Werkzeug
Zum Flex
Vorbereitung von: Herstellung
• Decklage
• Lödstopplack
• Versteifungen
• Prepreg
•Zeichnungen
IPC-2221A
Allgemeine Richtlinie für das Design von
Leiterplatten
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•
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•
Material
Mechanische / Physische Eigenschaften
Elektrische Eigenschaften
Thermische Eigenschaften
Bestückung
Bohrungen, Leiter
Dokumentation/ Unterlagen
Test
IPC-2223C (Neu) (Flex und Starr Flex)
Fachbereichsrichtlinie für das Design Flex und
Starr Flex Leiterplatten
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•
•
•
Material
Mechanische / Physische Eigenschaften
Elektrische Eigenschaften
Thermische Eigenschaften
Bestückung.
Bohrungen, Leiter
Dokumentation/ Unterlagen
Qualität Versicherungen.
Wie viel IPC Richtlinien
kennen Sie?
IPC-A-600H?
IPC-A-610E?
2004 REV. H
Löst dieses Buch
die Probleme?
NEIN!!
Löst dieses Buch
die Probleme?
NEIN!!
IPC Teil: 3
Basismaterial für Flexible- und
Starrflexible Leiterplatten
Lager von Basismaterial
IPC-4562A
IPC-4101C
Lager von Basismaterial
IPC-4203
IPC-4202A IPC-4204
Metal-Clad
Base
Dielectrics Dielectrics
Kupfer Folien
Decklage
Versteifungen
IPC Richtlinien
IPC Richtlinien von Basismaterial für Flex.
• IPC-4202A Flexible Base Dielectrics for Use in FPC.
• IPC-4203 Adhesive Coated Dielectric Films for Use
as Cover Sheets for FPC and Flexible
Adhesive Bonding Films.
• IPC-4204 Flexible Metal-Clad Dielectrics for Use in
Fabrication of FPC.
• IPC-4562A Metal Foil for Printed Board Applications
• IPC-4101C Rigid Boards. (Flex-Rigid & Stiffeners)
IPC-4562A
Kupfer Folien
IPC-4101C
Lager von Basismaterial
IPC-4202/1-E1E2
IPC-4203
1 = Specification
SheetVersteifungen
Decklage Material Type
E = Base Dielectric
IPC-4202A IPC-4204
Metal-Clad
1 = Reinforcement Material
Base
Dielectrics Dielectrics
E = Reinforcement Type
2 = Base Material Thickness
IPC-4202/1-E1E2
IPC-4204/S-C1E2M3/3 CU-W7-1P/1P
S= Specification Sheet
C = Base Dielectric Material Type
1 = Reinforcement Material
E = Reinforcement Type
2 = Base Material Thickness
M = Adhesive Type
3/3 = Adhesive Thickness
CU = Foil Metal
W = Foil Type
7 = Foil Grade
1 = Foil Thickness
P = Bond Enhancement Treatment
IPC-4203/S-C1E2M3/3
S= Specification Sheet
C = Base Dielectric Material Type
1 = Reinforcement Material
E = Reinforcement Type
2 = Base Material Thickness
M = Adhesive Type
3/3 = Adhesive Thickness
Ausschneiden
von PI/PE Paneelen
Laserschneiden von Decklage/
Versteifungen/Prepreg
Montage von
Versteifungen
Stanzen von Decklage/
Versteifungen/Prepreg
Vorbereitende
Versteifungen
Vorbereitende
Decklager
Vorbereitende
PI/PE Paneelen
IPC Teil: 4
Produktion vom 2-Lager Flex.
Qualifikation und
Leistungsspezifikation für
Flex und Starrflex Leiterplatten
Die große Frage :
Klasse 1?
Klasse 2?
Klasse 3?
IPC-6011
IPC-6013B
Durch Kontaktiert Flexible PCB Flow Chart
Zwei Lager
PI Basisfolie
Bohrung
Kemisch
Plätirung
Cu 2-3 µm
Laser oder
Mechanical
Ätzen
AOI
Elektrische
Plätirung
Cu 10 µm
Decklage
Registrierung
Decklage
Laminieren
Belichtung
Nein
Inspektion
OK?
Ja
Oberfläche
Kennzeichnungsdruck
Versteifungen
Montage
El. Prüfung
Inspektion
Fräsen
Verpackung
Lieferung
Reparieren
Ja oder Nein
IPC Teil: 5
Herstellung von ein
8-Lager Starrflex
8-Layer Flex-Rigid PCB Flow Chart
Double side
base film PI
for IL
C
U
T
Laminating
Dry Film
Etching
Stripping
Inspection
Plasma
Black
Oxide
Exposure &
Mylar
Removal
AOI
Cover Lay
Application
Developing
Cover Lay
Lamination
Optical
Registration
Transportation to
Multi-Layer Lay up
1
Riveting
8-Layer Flex-Rigid PCB Flow Chart
Double side
FR4 base
material
for IL
Etching
Laminating
Dry Film
Stripping
Transportation to
Multi-Layer Lay up
AOI
Exposure &
Mylar
Removal
Optical
Registration
2
Developing
Black
Oxide
8-Layer Flex-Rigid PCB Flow Chart
Flex IL plus
2 x FR4 IL
Lay up of
Precut
NF Prepreg
Drilling
Mechanical
Exposure
Mylar removal
Soldermask
Lay up of
Teflon
release part
Lay up of
FR4 IL &
Prepreg
Plasma
Chemical
Cu 2-3µm
Deburring
Developing
Surface
Finish
El. Plating
25-30 µm
Silkscreen
Etching
Profile
3
ML
Press
Laminate
Dry film
AOI
E-Test
Delivery
Fragen über
Flex & Starrflex Karten
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Design, CAD und CAM?
Material?
Kosten?
Zusammenfassung
IPC Richtlinien?
Produktionsumfang?
Lange Lieferzeiten?
?
VIELEN DANK!
Kontakt Information:
Email: [email protected]
Telefon: +46 8 26 10 07
Handy: +46 70 212 74 39