Gedruckte flexible Silberschaltungen Silbertinte anstelle Kupferleitungen

Kostenersparnis bei komplexen Bauteilen
Kostenersparnis bei komplexen Bauteilen

Hersteller sollten die Möglichkeiten flexibler Silberschaltungen mit komplexen Bauteilen auf einem Polyester-Substrat nicht unterschätzen. Je nach Anwendung können damit die Substrat-Kosten gegenüber einer entsprechenden Kupferschaltung um 25 Prozent oder mehr gesenkt werden.

Die Anzahl der Produkte, bei denen flexible Leiterplatten zum Einsatz kommen – von Sensoren bis hin zu tragbaren Geräten und Wearables – ist in jüngerer Vergangenheit rasant angestiegen, und das Wachstum bleibt weiterhin ungebremst. Verbraucher, Gesundheitsdienstleister, Systemintegratoren und weitere Endanwender erwarten von diesem Produkt hohe Leistungsfähigkeit bei komplexen Designs und kombiniert mit intuitiver, intelligenter Bedienung, kompaktem Format sowie geringen Kosten. Entwickler bei den OEMs stehen vor der Aufgabe, das richtige Material und die richtige Leiterplattentechnologie auszusuchen, dürfen dabei aber keinesfalls das Projektbudget aus dem Auge verlieren.

Grundlegende Schaltungstechnologie

Geätzte Kupferplatinen – ob starr oder flexibel – sind eine Grundlagentechnologie der Elektronik. Starre (FR4-) Leiterplatten bieten bekanntermaßen eine hohe mechanische Festigkeit und elektri-sche Leitfähigkeit; sie unterliegen jedoch gleichzeitig Beschränkungen durch ihre starre Bauweise. Weil sie flach sind, beschränken sie die Entwickler auf zweidimensionale Designs, was die Flexibilität erheblich einschränkt. Dieser Nachteil kommt immer mehr zum tragen, nachdem die Elektronikgeräte immer kleiner werden. Flexible Leiterplatten (FPCs, Bild 1) indes lassen sich biegen, sie können einen dreidimensionalen Raum nutzen sowie auch gelötete Bauteile aufnehmen. Mit flexiblen Leiterplatten kann also die Möglichkeit, Elektronik auf einem kleinen Raum unterzubringen, durchaus verbessert werden; ihr großer Nachteil allerdings besteht darin, dass sie verglichen mit starren Leiterplatten relativ teuer sind.

Gedruckte Silbertinte auf Polyester-Substraten (PET) wird seit längerem für elektrische Leiterbahnen in Bedienfeldern und Folientastaturen verwendet, und sie hält jetzt auch in steigendem Maße in traditionellen Elektronikgeräten Einzug, in denen bisher üblicherweise geätzte flexible Kupferplatinen zum Einsatz kamen. Durch den Einsatz von Drucktechniken zum selektiven Aufbringen von leitfähigen Tinten auf flexiblen Polyester-Substraten erreichen diese gedruckten Produkte hervorragende Eigenschaften, die bei zahlreichen Anwendungen mit wesentlich niedrigeren Herstellkosten einhergehen.

Tiefe & Raum hinzugewinnen

In der Vergangenheit konnte ein Entwickler immer höhere Packungsdichten bei Elektronikmodulen nur dadurch erreichen, dass er flexible Leiterplatten verwendete, mit dener er Leiterbahnen um dreidimensionale Strukturen herumführen konnte. Innovationen in der Drucktechnik und bei der Bausteinmontage haben nun aber dazu geführt, dass Entwickler leichte, flexible Silberschaltungen bei Anwendungen verwenden können, bei denen geätzte Kupferverdrahtungen bisher unter Umständen zu teuer waren.

Die besagten Fortschritte im Silbertintendruck haben dazu geführt, dass Hersteller heute Leiterbahnen mit einer Breite von 0,127 mm und mit Zwischenabständen von ebenfalls 0,127 mm platzieren können. Zum Einsatz kommt dabei ein Rolle-zu-Rolle-Druckverfahren, mit dem die Leiterplattenfertiger zudem auch deutlich höhere Stückzahlen als bisher mit dem Silbertintendruck bewerkstelligen.

Hinzu kommen Verbesserungen beim Bestücken von Bauteilen, sodass auch die bisherigen Beschränkungen bei der Montage von Fine-Pitch-Bauteilen auf Polyester wegfallen. Die Hersteller von Bedienfeldern und Folientastaturen setzten darüber hinaus seit Jahren leitfähige Epoxidharze zur Bestückung von LEDs, Kondensatoren oder Widerständen auf polyesterbasierten Substraten ein. Parallel dazu sind verbesserte Montagematerialien und -prozesse entwickelt worden, mit denen man sogar Mikroprozessoren und sonstige Halbleiterbauteile mit einem Rastermaß von 0,5 mm auf flexiblen Leiterplatten montieren und verlöten kann.