3D-Leiterplatten: drei Technologien, drei Beispiele (Teil 2)

HSMtec 3D Leiterplatte
Dreidimensionale Leiterplatte mit HSMtec

Semiflex-Leiterplatte: die preisgünstige Alternative zu Starrflex

Die Semiflex gilt als preisgünstige Alternative zur Starrflex-Technik. Der Verzicht auf Flexfolien senkt den Preis, reduziert allerdings auch die Biegeeigenschaften. Die beweglichen Bereiche entstehen hier durch Tiefenfräsungen in der FR4-Leiterplatte, die Restdicke beträgt nur rund 150 µm. Die Leiterplatte ist somit in diesem Bereich gemeinsam mit den darauf platzierten Leiterbahnen und dem über den Leiterbahnen aufgebrachten Flexlack oder der Deckfolie biegbar. Im Unterschied zur Starrflex-Technik muss der Biegeradius mind. 5 mm groß sein. Der Semiflex-Aufbau eignet sich gut für statische Biegebeanspruchung bei Montage und Einbau. Im einfachsten Fall lässt sich ein Teil der Leiterplatte nach dem Bestücken abwinkeln und beim Einbau in das Gehäuse in dieser Position fixieren.

Semiflex Leiterplatte
Die Semiflex-Leiterplatten-Konstruktion wird zweimal um 90° gebogen und führt 195 elektrische Verbindungen über die beiden semiflexiblen Bereiche.

Ein Beispiel für diese Technik ist der neu entwickelte Prüfstand der Firma LSP Innovative Automotive Systems für den Automobilbereich. Dieser Prüfstand dient zur elektromotorischen Betätigung der 16 Gaswechselventile eines Forschungs-Verbrennungsmotors. Aus Montage- und Platzgründen ist die Regelungseinheit von vier Ventilen eines Zylinders zu einem U-förmigen Modul zusammengefasst. Prüfstandmesssignale werden im zentralen Teil der Platine erfasst und müssen in die seitlichen Flügel verteilt werden. Da eine Lösung mit Steckern für den vorhandenen Bauraum zu groß war, wurde die Semiflex-Technologie als passendste und kostengünstigste Leiterplattentechnik gewählt.

Im ebenen Zustand misst die Semiflex-Leiterplatte 413 mm x 276 mm und besteht aus sechs Lagen mit jeweils 70 µm Kupfer. Die während der Montage um 90° zu biegenden Bereiche haben eine Länge von 8,5 mm, und die Gesamtbreite aller Biegebereiche beträgt 426 mm. Insgesamt werden 195 Leiterbahnen über die vier semiflexiblen Bereiche geführt. Zweimal um 90° gebogen benötigt die Leiterplatte im verbauten Zustand nur noch ein Volumen von 175 mm x 67 mm x 276 mm. Die Stromführung zu den Leistungsbauteilen und sogar die Wärmeableitung konnte mit eingebetteten Kupferprofilen auf derselben Leiterplatte realisiert werden.

Semiflex-Leiterplatte Biegestelle
Prinzip einer Semiflex-Leiterplatte: Die flexiblen Bereiche werden in die Tiefe gefräst, wobei ca. 150 µm FR4 verbleiben. In diesem Bereich lässt sich die Leiterplatte gemeinsam mit den darauf platzierten Leiterbahnen und aufgebrachtem Flexlack biegen.

3D-Leiterplatten: drei Technologien, drei Beispiele – Teil 1 

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