Flexible gedruckte Schaltung (FPC) mit ihren bemerkenswerten Vorteilen wie geringem Gewicht, geringer Dicke und der Fähigkeit, sich frei zu biegen und zu falten, ist in der Elektronikindustrie weit verbreitet. Die Technologie der FPC entstand in den 1970er Jahren und wurde ursprünglich von den Vereinigten Staaten entwickelt, um die Raketentechnologie für die Weltraumforschung voranzutreiben. Diese Technologie verwendet Polyesterfolie oder Polyimid als Substrat und bietet hohe Zuverlässigkeit und ausgezeichnete Flexibilität. Durch das Einbetten von Schaltungsdesigns auf flexiblen Kunststoffsubstraten kann FPC eine große Anzahl von Präzisionskomponenten innerhalb eines begrenzten Raums integrieren und so eine flexible Schaltung bilden. Diese Art von Schaltung kann nach Belieben gebogen und gefaltet werden und zeichnet sich durch geringes Gewicht, geringes Volumen, gute Wärmeableitung und einfache Installation aus, wodurch die Einschränkungen traditioneller Verbindungstechnologien aufgehoben werden. Die Struktur der FPC umfasst hauptsächlich Isolierfolie, Leiter und Klebstoff. Als Schlüssellösung zur Erfüllung der Miniaturisierungs- und Mobilitätsanforderungen elektronischer Produkte reduziert FPC das Volumen und das Gewicht elektronischer Geräte erheblich und entspricht damit den Entwicklungstrends von hoher Dichte, Miniaturisierung und hoher Zuverlässigkeit.

Materialzusammensetzung von FPC    

1. Isolierfolie

Die Isolierfolie bildet die Basisschicht der Schaltung, und der Klebstoff wird verwendet, um die Leiterschiicht auf der Isolierschicht zu fixieren. Bei mehrschichtigen Designs dient die Isolierfolie auch als Innenklebstoff und kann als Schutzschicht fungieren, die die Schaltung vor Staub und Feuchtigkeit schützt und gleichzeitig die Belastung beim Biegen reduziert. Die Leiterschiicht besteht typischerweise aus Kupferfolie, die verwendet wird, um die leitfähige Funktion der Schaltung zu erreichen.

2. Leiter

Kupferfolie ist das am häufigsten verwendete Leitermaterial in FPC, das durch Elektroabscheidung (ED) oder galvanische Verfahren hergestellt werden kann. Elektroabgeschiedene Kupferfolie hat eine glänzende und eine matte Seite, mit einer speziellen Behandlung zur Verbesserung ihrer Hafteigenschaften. Geschmiedete Kupferfolie kombiniert Flexibilität und Steifigkeit und eignet sich daher für Anwendungen, die eine dynamische Durchbiegung erfordern.

3. Klebstoff

Der Klebstoff wird nicht nur verwendet, um die Isolierfolie mit dem Leitermaterial zu verbinden, sondern kann auch als Deckschicht oder Schutzbeschichtung dienen. Die Deckschicht wird durch Siebdruck des Klebstoffs auf die Isolierfolie gebildet, wodurch eine laminierte Struktur entsteht. Nicht alle laminierten Strukturen enthalten Klebstoff; klebstofffreie laminierte Strukturen ermöglichen dünnere Schaltungsdesigns und eine höhere Flexibilität und verbessern gleichzeitig die Wärmeleitfähigkeit. Da die klebstofffreie Struktur den Wärmewiderstand eliminiert, ist ihre Wärmeleitfähigkeit der von klebstoffbasierten laminierten Strukturen überlegen, wodurch sie sich für Hochtemperatur-Arbeitsumgebungen eignet.

FPC-Herstellungsprozess

FPC gibt es in verschiedenen Ausführungen, darunter einseitige FPC, doppelseitige FPC und mehrschichtige FPC. Die Herstellungsprozesse unterscheiden sich je nach Typ.

Prozessablauf für doppelseitige und mehrschichtige FPC

Schneiden → Bohren → PTH (Plated Through Hole) → Galvanisieren → Vorbehandlung → Trockenfilmlaminierung → Ausrichtung → Belichtung → Entwicklung → Musterbeschichtung → Abisolieren → Vorbehandlung → Trockenfilmlaminierung → Ausrichtung → Belichtung → Entwicklung → Ätzen → Abisolieren → Oberflächenbehandlung → Deckfolienlaminierung → Laminierung → Aushärten → Nickel-Gold-Beschichtung → Textdruck → Schneiden → Elektrische Prüfung → Stanzen → Endkontrolle → Verpackung → Versand

Prozessablauf für einseitige FPC

Schneiden → Bohren → Trockenfilmlaminierung → Ausrichtung → Belichtung → Entwicklung → Ätzen → Deckfolienlaminierung → Laminierung → Aushärten → Oberflächenbehandlung → Nickel-Gold-Beschichtung → Textdruck → Schneiden → Elektrische Prüfung → Stanzen → Endkontrolle → Verpackung

(Hinweis: Die oben genannten Prozessabläufe können je nach den tatsächlichen Produktionsanforderungen angepasst und optimiert werden.)

Analyse der Vor- und Nachteile von FPC

Vorteile von FPC

Flexible gedruckte Schaltungen bestehen aus flexiblen Isoliersubstraten und bieten zahlreiche Vorteile, die starre gedruckte Schaltungen nicht bieten können:

l Hohe Flexibilität: FPC kann sich frei biegen, wickeln und falten und ermöglicht so eine dreidimensionale Anordnung entsprechend den Raumanforderungen, wodurch ein integriertes Design der Komponentenmontage und der Schaltungsanbindung erreicht wird.

l Geringes Gewicht und Miniaturisierung: FPC reduziert das Volumen und das Gewicht elektronischer Produkte erheblich und entspricht den Designtrends von hoher Dichte, Miniaturisierung und hoher Zuverlässigkeit. Daher wird FPC in der Luft- und Raumfahrt, im Militär, in der mobilen Kommunikation, in Laptops, in Computerperipheriegeräten, in PDAs, in Digitalkameras und in anderen Bereichen häufig eingesetzt.

l Ausgezeichnete Wärmeableitung und Lötleistung: FPC hat eine gute Wärmeableitung und Lötbarkeit, was die Montage erleichtert und die Gesamtkosten senkt. Die Kombination aus flexiblen und starren Designs kompensiert teilweise die unzureichende Tragfähigkeit der flexiblen Substrate.

Nachteile von FPC

l Hohe Anfangskosten: Da FPC kundenspezifisch für bestimmte Anwendungen entwickelt und hergestellt wird, sind die Anfangskosten für Schaltungsdesign, Verdrahtung und Fotolithografie relativ hoch. Sofern keine besonderen Anforderungen bestehen, wird FPC für Kleinserienanwendungen nicht empfohlen.

l Schwierige Wartung und Austausch: Sobald FPC hergestellt ist, muss bei Designänderungen mit dem ursprünglichen Entwurf oder den Programmierdaten begonnen werden, was den Prozess komplex macht. Darüber hinaus ist die Oberfläche von FPC in der Regel mit einer Schutzfolie bedeckt, und Reparaturen erfordern das Entfernen der Schutzfolie, das Beheben des Problems und das anschließende erneute Aufbringen der Folie, was die Wartung erschwert.

l Anfällig für Beschädigungen: Bei der Installation und dem Anschluss kann eine unsachgemäße Handhabung FPC leicht beschädigen. Löten und Nacharbeiten erfordern Personal mit professioneller Ausbildung, was die Betriebsschwelle erhöht.