Flex PCB | Flexible Leiterplatte | Platine | Leiterbahn | FPC

FPC steht für “Flexible Printed Circuit” und ist eine flexible Leiterplatte. Flexible Leiterplatten dienen wie starre Leiterplatten (PCB) dem Tragen und Verbinden von elektronischen Komponenten. FPCs werden zudem häufig als Kabel verwendet und sind sehr gut biegbar oder sogar dynamisch belastbar (viele Millionen Biegungen). Als leitendes Material dient meistens Kupfer, während das Basismaterial einer FPC meist ein Polyimid (PI) mit oder ohne Epoxidklebeschichten bildet.

Im Gegensatz zu starren Leiterplatten wird bei flexiblen Leiterplatten meistens kein Lack als Lötstopp verwendet, sondern eine gelbe Folie. In diese Folie werden die Freistellungen für z.B. Pads vorher ausgeschnitten. Anschließend wird diese Folie manuell über dem Kupferbild ausgerichtet und fixiert. Die gelbe Folie hat hierbei den Vorteil, dass sie etwas durchsichtiger ist, was das manuelle Ausrichten vereinfacht. Da diese Abdeckfolie dann nicht per Belichtung ausgehärtet wird, sondern unter Hitze aufgepresst wird, sind die Vorteile von grünem Lötstopplack hier irrelevant.

Flexible Leiterplatten dienen dem Verbinden von elektronischen Bauteilen über Kupferbahnen. Gleichzeitig kann die flexible Leiterplatte ein Träger dieser Bauteile sein. Flexible Leiterplatten sind biegbar und können so Kabel ersetzen. Durch die sehr dünnen Kupferstrukturen können sie dynamisch belastbar sein, was bei gutem Design viele Millionen Biegezyklen ermöglicht.

Flexible Leiterplatten bilden im Gegensatz zu starren Leiterplatten sogar eher die Minderheit. Eine Hauptfunktion von Leiterplatten ist neben dem Leiten von Strom das Tragen von elektronischen Bauteilen. Starre Leiterplatten sind hierfür wegen ihrer Stabilität prinzipiell besser geeignet. Flexible Leiterplatten kommen zum Einsatz, wenn eine 3-dimensionale Verbindung von elektronischen Baugruppen entstehen soll, oder die Elektronik “beweglich” sein soll.

Flexible Leiterplatten unterscheiden sich zum einen in der Dicke. Sehr dünne Materialien sind nur 13µm dick und daher fast wie Knitterpapier. Standardmaterialien von Flex-PCBs sind um die 50µm dick und bieten etwas mehr Stabilität in der Verarbeitung und späteren Handhabung. Ein weiterer Unterschied liegt im Material. Sehr günstige Flex-Leiterplatten sind aus PET, haben aber technische Einschränkungen. Flex-Platinen für industrielle Anwendungen verwenden Polyimid (PI) als Basismaterial, entweder mit Epoxid (kleberbasiert) oder ohne Epoxid (kleberlos).

Flexible Leiterplatten sind vollständig flexibel/biegbar und haben eventuelle Durchkontaktierungen immer nur in diesen flexiblen Bereichen (Hinweis: die Bereiche mit Durchkontaktierungen sind zwar biegbar, sollten aber nicht gebogen werden, da die Durchkontaktierungen dann reißen können). Bei einer flexiblen PCB können bestimmte Bereiche “versteift” werden, indem dickere Polyimid- oder FR4-Schichten aufgeklebt werden (so können z.B. Biegungen in Bereichen mit Durchkontaktierungen partiell verhindert werden). In diesen aufgeklebten Bereichen gibt es aber keine Durchkontaktierungen durch den gesamten Bereich, sondern nur um flexiblen, dünnen Teil. Eine Starrflex-PCB hat hingegen starre Bereiche so integriert, dass Durchkontaktierungen durch diese hindurchgehen, während die flexiblen Teile aus dem starren PCB herausgeleitet werden.

Die Vorteile von flexiblen Leiterplatten liegen größtenteils in der Möglichkeit, sie wie ein Kabel einzusetzen, jedoch Bauteile auch direkt auf ihr auflöten zu können. Oft werden Sensoren aufgelötet, die in einem Bereich benötigt werden, der von der Hauptelektronik weiter entfernt liegt, womöglich getrennt in einem davon beweglichen Bereich. Die flexible Leiterplatte kann dann unter dynamischer Belastung die Verbindung zwischen den Sensoren und der Elektronik herstellen. In anderen Bereichen ersetzen flexible Leiterplatten Kabel und werden durch passende ZIF/LIF-Stecker miteinander kontaktiert.

Der Hauptbestandteil von industriellen flexiblen Leiterplatten ist Polyimid (PI). Kleberlose flexible Leiterplatten bestehen nur aus Polyimid und dem Kupfer. Üblicher sind kleberbasierte flexible Leiterplatten, wo das Kupfer auf das Polyimid mithilfe einer Epoxidschicht aufgeklebt wurde, man spricht hier von kleberbasierten flexiblen Leiterplatten. Ein weiteres Material ist PET, was jedoch wegen seiner geringen thermischen Belastbarkeit und anderen Nachteilen meist nur für Low-Tech Massenanwendungen benutzt wird.

Flexible Leiterplatten werden stets individuell nach angelieferten Daten hergestellt und durchlaufen dabei viele Prozesse bis zur Fertigstellung. Die Kosten bei Leiton für einige Prototypen beginnen bei circa 200 EUR. Gehen die flexiblen Leiterplatten später jedoch mit größeren Stückzahlen in Serie, so kosten diese unter Umständen unter 1 EUR oder gar nur wenige Cents. Eine pauschale Aussage ist daher schwer möglich, bei Interesse schicken Sie uns einfach Daten oder Spezifikationen und wir kalkulieren gerne die möglichen Preise.

Der wohl bekannteste Einsatzort von flexiblen Leiterplatten, wo sie vermutlich jeder schon mal in der Hand hatte, ist an Druckerpatronen von Tintenstrahldruckern. Hier erkennt man die flexible Leiterplatte um die Kartusche gewickelt in der typischen braun-gelben Farbe mit einigen goldenen Kontakten sehr gut. Die flexible Platine sorgt hier für die elektrische Verbindung zwischen dem Drucker und der Elektronik (z.B. Chip zur Erkennung) innerhalb der Druckerpatrone. Darüber hinaus werden flexible Leiterplatten dort verwendet, wo elektrische Verbindungen über bewegliche Strecken erfolgen müssen. Ein weiterer Klassiker sind die sehr beliebten LED-Stripes, die es in allen möglichen Farben, Längen und Ausführungen in jedem Baumarkt gibt.