Leiterplattentechnisch - Was sind die Kostentreiber von Flex PCB?

Kostenoptimierung ist eines der Hauptziele bei der Gestaltung eines PCB. Um dieses Ziel zu erreichen, Jeder Designer sollte die wichtigsten Kostentreiber der Leiterplatte. Die wichtigsten Kostentreiber für flexible Leiterplatte mit Brettmaterial, Anzahl der Schichten, effektive Plattennutzung, Rippentyp und Oberflächenbeschaffenheit.

Was treibt die Kosten für flexible Leiterplatten an?

Die Gesamtkosten der Leiterplatte hängt hauptsächlich von der Art der Leiterplatte ((starr oder flexibel)), die verwendeten Materialien, Anzahl der Ebenen im Stapel, and the combination of HDI or ELIC (interconnect per layer) structure. Im Folgenden sind einige der Parameter, die den Gesamtpreis von flexiblen Leiterplatten beeinflussen:

Leiterplattenmaterial

Das für die Herstellung verwendete Leiterplattenmaterial ist einer der Hauptkostentreiber von flexiblen Leiterplatten. Standard-Hartplatten werden mit FR-4-Substrat laminiert. Polyimid-Substrate sind die am häufigsten verwendeten Materialien für die Herstellung flexibler Kerne und Deckschichten. Im Vergleich zu Standard-FR4-Laminaten weisen flexible Substrate bessere thermische und elektrische Eigenschaften auf. Die Dicke des flexiblen Materials ist über das Substrat gleichmäßig. Diese Substrate bieten auch verbesserte D k Werte zwischen 3.2 und 3.4. Das Fehlen von geflochtenen Glasverstärkungen reduziert die Änderung in D k. Im Allgemeinen liegt die Dicke der flexiblen Schicht zwischen 1 und 5 mil. Die Kosten für flexible Laminate können das 2- bis 3-fache der starren Standardmaterialien betragen.

Klebstofffreier und klebstoffbasierter flexibler Kern

Der klebstoffbasierte flexible Kern verwendet eine flexible Klebeschicht, um jede Kupferschicht mit dem Polyimidkern unter Hitze und Druck zu verbinden. Klebstoffe basieren in der Regel auf Epoxid oder Acryl und reichen in der Dicke von 0.0005" bis 0.001". Diese Materialien sind billiger als binderfreie Materialien.

Das Kupfer wird direkt mit dem Polyimidkern verbunden, wodurch der Einsatz von Klebstoff im klebstofffreien flexiblen Kern entfällt. Obwohl klebstofffreie Materialien teuer sind, haben sie viele Vorteile, wie eine geringere Durchbiegungsdicke (aufgrund des Fehlens einer Klebeschicht), erhöhte Temperaturwerte und eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit der plattierten Bohrungen.

Factors affecting the choice of flexible Leiterplatte materials

Diermische Zuverlässigkeit: Wählen Sie immer Materialien, die den Anforderungen der Anwendungstemperatur entsprechen. Wenn die Leiterplatte für den Betrieb in einer Hochtemperaturumgebung bestimmt ist, sollte das Material in der Lage sein, hochintensiver Hitze zu widerstehen, ohne die Wärme auf benachbarte Komponenten zu übertragen.

Mechanische Eigenschaften: Dieser Faktor bestimmt die Fähigkeit des Materials, physikalischen Belastungen während der Montage oder des Betriebs standzuhalten. Der Biegeradius ist einer der wichtigen physikalischen Parameter der flexiblen Leiterplatte.

Signalleistung: Es ist die Fähigkeit eines Materials, die ununterbrochene Signalausbreitung während des gesamten Betriebszyklus zu fördern. Dies ist bei Hochgeschwindigkeits- und Impedanzplatinen unerlässlich.

Wenn die Kosten im Vordergrund stehen, vermeiden Sie eine zu hohe Spezifikation der Materialanforderungen.

Anzahl der Schaltungsschichten

The number of layers is another important cost driver for flexible Leiterplatten. Mit zunehmender Anzahl der Schaltungsschichten, die Gesamtkosten der Leiterplatte Erhöhungen. Da mehr Schichten zum Brett hinzugefügt werden, der Laminierungsprozess wird kompliziert. Dies dauert länger und erfordert mehr Material. Die Verarbeitungsprobleme, die aufgrund der hohen Anzahl an Schichten auftreten, sind:

Ebene-zu-Ebene Ausrichtung

Durchgängig überzogene Integrität

Wärmeausdehnung auf der z-Achse

Laminierungsfehler

Die Form und Größe der Leiterplatte (Leiterplattenkontur) werden vom LeiterplattenDesigner bestimmt. Je größer die Fläche, desto höher der Preis. Wenn mehrere Platten in einer Platte hergestellt werden, sollte die Oberfläche der Platte effektiv verwendet werden. Die flexible Platte wird in verschiedene Formen, wie Quadrat, Rechteck, Kreis und viele zufällige Formen hergestellt. Die Herstellung von zufällig geformten Leiterplatten kann die Kosten erhöhen, da die Plattenauslastungsrate sinken kann.

Spurbreite und -abstand

Signale benötigen eine angemessene Leiterbahnbreite, um sich ohne Überhitzung durch Leiterbahnen zu verbreiten. Je kleiner die Tonhöhe, desto schwieriger ist es, Spuren und Pads zuverlässig zu ätzen. Dies erhöht die Gesamtkosten der Leiterplatte.

Dicke der Kupferfolie

Die Kosten für die Leiterplatte steigen mit zunehmender Dicke der Kupferschicht. Wenn eine dicke Kupferschicht auf der Innenschicht aufgebracht wird, wird während des Laminierungsprozesses eine größere Menge Prepreg benötigt. Diese Prepregs vermeiden unzureichendes Harz, indem sie die Lücken zwischen den Kupferteilen füllen. Wenn die innere Schicht mehr als ½ Unze Kupfer hat und die äußere Schicht mehr als eine Unze fertiges Kupfer hat, wird der Preis der Leiterplatte steigen.

Ein weiterer Nachteil der Verwendung von dickerem Kupfer ist, dass ausreichende Abstände zwischen den Leiterbahnen eingehalten werden müssen. Dickeres Kupfer erfordert eine größere Spurbreite. Aufgrund zusätzlicher Verarbeitungskosten kann der Einsatz von sehr dünnem Kupfer (weniger als 1/4 Unze) jedoch zu hohen Kosten führen.

Der Durchmesser des Standardstückchens ist 8 mils, und der Durchmesser des fortgeschrittenen Stückchens ist 5 mils. Je kleiner die Bohrgröße, desto länger die Bohrdauer. Dies führt zu höheren Gesamtkosten.

Bohren auf Kupfer in flexibler Leiterplatte

Bohren auf Kupfer ist der Abstand vom Rand des gebohrten Lochs zum nächsten Kupferelement (Pad, Gießen, Spur, etc.) auf der Schicht. Typischerweise beträgt der Loch-zu-Kupfer-Spalt 8 Millionen. Je kleiner das Kupferloch, desto teurer ist der Leiterplattenherstellungsprozess.

Oberflächenbehandlung

Ein PCB-Oberflächenfinish ist die Metall-Metall-Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem blanken Kupfer des lötbaren Bereichs des Bauteils. Die Oberflächenbeschaffenheit sollte so gewählt werden, dass die Produktleistung unter Berücksichtigung der Kosten verbessert wird.

Arten der Oberflächenbehandlung von Leiterplatten

ENIG (elektroloses Nickel/Immersion Gold): Dies ist die häufigste Art der Oberflächenbehandlung von Leiterplatten. Es ist sehr beliebt, weil es die Farbe nicht ändert und zuverlässig ist. ENIG ist teurer als andere Oberflächenbehandlungen, bietet aber eine hervorragende PCB-Lötbarkeit. Diese Oberflächenbeschaffenheit kann manchmal zur Bildung von schwarzen Matten führen. Hier sammelt sich Phosphor zwischen der Nickelschicht und der Goldschicht an. Gebrochene und falsche Leiterplattenverbindungen sind mögliche Ergebnisse.

Immersionssilber: Silber ist ein starkes Oberflächenmaterial, das in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden kann. Aufgrund seiner wachsenden Popularität ist das Material freier geworden, wodurch der Preis gesenkt und stabilisiert wird.

Tauchzinn: Bei dieser Oberflächenbehandlung wird eine dünne Zinnschicht auf die Leiterplatte aufgebracht. Das Tauchblech sorgt für ein gleichmäßiges Finish. Der Nachteil ist, dass die Lebensdauer kurz ist. Es bietet jedoch hervorragende Leistung zu einem optimalen Preis.

Verstärkungsrippe

Die Gesamtkosten einer flexiblen Leiterplatte hängen auch von der Art der verwendeten Versteifung ab. Im flexiblen Design werden Versteifungen für folgende Ziele verwendet:

Ändern Sie die Dicke, um die Spezifikationen des ZIF-Steckers zu erfüllen

Unterstützung für Komponenten/Steckerbereiche

Förderung der Wärmeableitung

FR4 und Polyimid sind die beiden häufigsten Bewehrungsmaterialien. Obwohl Aluminium und Edelstahl in einigen Designs verwendet werden, sind sie teurer als FR4 und Polyimid. Aluminium ist ein beliebtes Material für Wärmeableitungsanwendungen.

Die Rippen werden mit thermischem Kleber oder druckempfindlichem Kleber (PSA) verklebt. Thermische Klebstoffe werden bevorzugt, obwohl Designbeschränkungen den Einsatz von PSA erfordern können. Thermoklebstoffe sind flexible Epoxid- oder Acrylklebstoffe, die verwendet werden, um die Deckschicht mit dem flexiblen Kreislauf zu verbinden und eine dauerhafte Verbindung herzustellen. Sie sind billiger als PSA.

So reduzieren Sie die Gesamtkosten für flexible und starre Leiterplatten

Halten Sie so wenig Schichten wie möglich

Da die Anzahl der Designschichten abnimmt, nimmt auch die Anzahl der benötigten Prepreg-Schichten ab. Die Begrenzung der Anzahl der Schichten flexibler Schaltungen reduziert die Gesamtkosten. Gleichzeitig verbessern weniger Schichten die Produktionsleistung des Herstellers.

Verwenden Sie starre Substrate, um Gesamtdicke in starr-flexibler Konstruktion zu erreichen

Wenn Sie eine bestimmte Gesamtdicke erreichen müssen, verwenden Sie starre Plattenlaminate anstelle von No-Flow-Prepregs oder flexiblen Laminaten. Flexible Laminate sind teurer als starre Laminate.

Effiziente Plattennutzung

Effiziente flexible Panelierung zur Senkung der Gesamtkosten

Ein Panel oder Leiterplattenarray ist ein großes Stück Material, das mehrere unabhängige Leiterplatten enthält. Die Gesamtfertigungskosten können durch effektive Nutzung der Oberfläche der Platte reduziert werden.

Im Vergleich zu Durchgangslöchern erfordern blinde Durchkontaktierungen und vergrabene Durchkontaktierungen mehr Fertigungsschritte, was die Bearbeitungszeit erhöht und den Ertrag reduziert. Die Verringerung der Anzahl der Durchkontaktierungen auf der flexiblen Platine kann die Gesamtkosten senken.

Kostenoptimierung sollte in der Anfangsphase der Leiterplatte Design. Determining the cheapest flexible Leiterplatte Kostentreiber erfordern genaue Designlösungen und klare Engineering-Strategien. Verständnis der Vor- und Nachteile der Verwendung bestimmter Materialien, Bohrtechniken, Versteifungstypen, Spur width and spacing, etc. kann helfen, zukünftige Produktionsausfälle zu verhindern. Planen Sie voraus und führen Sie ein konsistentes Gespräch mit Ihrem PCB Hersteller hilft Ihnen, Zeit und Kosten zu optimieren.