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Betrachtet man zunächst die Grundlagen der Produktion einer starren Leiterplatte, so werden zu Beginn des Prozesses die Innenlagenkerne strukturiert (Belichten, Ätzen, etc.); anschließend erfolgt – nach dem Verpressen der Kerne mit Prepreg und dem Bohren – mit der Durchkontaktierung der erste Kupferaufbau, und darauf folgend ein vollflächiges Beschichten (Panel Plating) mit elektrolytisch abgeschiedenem Kupfer (ED-Kupfer, Electro Deposited). Abschließend kommt dann noch der galvanische Aufbau des Leiterbildes (Pattern Plating) hinzu. Aus dieser Abfolge ergibt sich also ein Aufbau von drei Kupferschichten auf einer Kupferfolie. Der Produktionsprozess für eine flexible Leiterplatte unterscheidet sich davon, denn da jede zusätzliche Kupferschicht der Flexibilität entgegenwirkt, möchte man hier keine zusätzlichen Kupferschichten auf dem Basiskupfer haben.
Um eine flexible Struktur zu bekommen wird für Flex-Leiterplatten RA-Kupfer (Roll Anneal Kupfer) als Basiskupfer verwendet. RA-Kupfer wird aus Kupferbarren ausgewalzt und hat eine hohe Duktilität. Elektrolytisch abgeschiedenes ED-Kupfer wird im weiteren Aufbau ebenfalls verwendet. Es hat eine körnigere Struktur. Wenn man flexible Leiterplatten wie eine herkömmlichen Multilayer-Leiterplatte mit ED-Kupfer beschichtet, bekommt man verschiedene Kupferschichten mit unterschiedlicher Struktur und Flexibilität. Button Plating bietet eine Lösungsmöglichkeit, um den Herstellungsprozess so anzupassen, dass die unterschiedlichen Eigenschaften von RA- und ED-Kupfer beherrschbar sind. Mit Button Plating werden nur bestimmte Bereiche des Leiterbildes einer rein flexiblen Leiterplatte mit ED-Kupfer verstärkt, vorzugsweise Bereiche mit Durchkontaktierungen und Löt-/Stützpads.
Dafür werden im Fertigungsprozess die Bereiche selektiv maskiert, die keine Kupferbeschichtung erhalten sollen. Damit erklärt sich auch der Begriff Button Plating. Stellt man sich eine rein flexible Leiterplatte im Querschnitt vor, würde man eine flache Oberfläche wahrnehmen, aus der einige Bereiche wie Knöpfe (engl. Button) herausstehen.
Flex-Typen nach der IPC-6013
Kleinere Linienbreiten und Abstände möglich
Ein zusätzlicher Vorteil von Button Plating ist die Möglichkeit, kleinere Linienbreiten und -Abstände zu realisieren. Die zunehmende Miniaturisierung erfordert oft Flex-Leiterplatten für kleinere Bauräume zu entwickeln. Allerdings wurden auch schon reine Flex-Leiterplatten gefertigt, die fast 60 cm lang sind. Beim Leiterbildaufbau eines normalen Multilayers werden fast alle äußeren Strukturen mit Kupfer beschichtet. Da diese Beschichtung 3-dimensional ist (oben, unten, seitlich) wird der Abstand zu allen Strukturen geringer.
Bei Verwendung von Button Plating ist die Schaltung der rein flexiblen Leiterplatte fertig, sobald diese strukturiert und geätzt wurde. Da beim Button Plating nur der zu verstärkende Bereich mit Kupfer beschichtet wird, reduzieren sich die Leiterbahnabstände nicht und es können feinere Strukturen realisiert werden.
Querschnitt Flex-Leiterplatte mit DurchkontaktierungBeispiel: Ist man bei einer mehrlagigen Leiterplatte auf etwa 75 μm Linie, Breite und Abstand beschränkt, können mit einer vollflexiblen Leiterplatte etwa 50 μm erreicht werden. Diese 25 μm Differenz können, je nach Design, einen großen Unterschied machen. Das Design kann kompakter werden, was die Miniaturisierung und die Möglichkeit, kleinere Strukturen näher beieinander zu haben, unterstützt.
Nur 25 m2 weniger, aber ein großer Unterschied
Fazit: Starre und flexible Leiterplatten verwenden oft unterschiedliche Materialien und setzen unterschiedliche Techniken und Produktionsprozesse ein. Das zu wissen ist wichtig, um während der Design- und Beschaffungsphasen die Herstellungsprozesse der Leiterplatte berücksichtigen zu können. Wer gerade erst begonnen hat mit flexiblen Leiterplatten zu arbeiten, wird möglicherweise einen anderen Hersteller für seine Flex-Leiterplatten benötigen als den bisherigen Lieferanten von Multilayer-Leiterplatten. Die NCAB Group kann einen hohen Mix aus verschiedensten Technologien anbieten und unterstützt, sowohl beim Design als auch bei der Wahl der richtigen Fabrik.
