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Dreidimensionale Leiterplatten

Welches Herstellungsverfahren ist das beste?

21. Mai 2015, 8:17 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Selbsttragende dreidimensionale Konstruktion

Die Möglichkeiten dieses 3-D-Aufbaus demonstriert »eCube« – ein Würfel, entstanden in einem Forschungsprojekt unter Leitung von Continental Automotive (Bild 6). Ziel war es, eine dreidimensionale würfel- oder quaderförmige Leiterplatte zu entwickeln, die auf einem vorhandenen Continental-Standardleiterplattenlayout für eine Motorsteuerung basiert. Vorhandene Bestückungsautomaten sollten in der Lage sein, die Bauteile auf der Leiterplatte zu platzieren. Die Leiterplatte wurde nach dem Bestücken an den definierten Knickkanten gefaltet und die entstandenen Stoßkanten elektrisch und mechanisch verbunden.

Danach erfolgte das Ausrichten des Würfels auf der Basisplatte und die elektrische und mechanische Montage. Über einen Ball-Grid-Array-Aufbau ist das Modul mit dem Motherboard der Motorsteuerung verbunden. Was im ersten Moment aufwendig erscheint, nämlich eine mehrdimensionale Leiterplattenkonstruktion auf die eigentliche Leiterplatte der Motorsteuerung zu montieren, ist bei näherer Betrachtung technisch clever und wirtschaftlich gelöst. Mit der mehrdimensionalen Leiterplatte wird ein Modul konstruiert, das sich in verschiedenen Varianten, aber standardisiert fertigen lässt und dabei den verfügbaren Bauraum nutzt.

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	Starrflex-Leiterplatte	Semiflex-Leiterplatte	HSMtec 3D-Leiterplatte
Aufbau und Funktionsprinzip	Biegung über Polyimid und Kupfer	Biegung über FR4-Reststeg und Kupfer	Biegung über Kupferdraht und Kupferprofil
	Biegeradius mind. 1 mm	Biegeradius mind. 5 mm	Class K
	2 Biegelagen	2 Biegelagen	1 Biegelage
	max. Biegewinkel 180°	max. Biegewinkel 180°	max. Biegewinkel ±90°
	Mehrfachbiegungen	bedingt Mehrfachbiegung	keine Mehrfachbiegung
Anwendung und Einsatzgebiet	enge Biegeradien	für statische Biegung bei Montage und Einbau	selbsttragende stabile Konstruktion
	komplexe Einbausituation		Kombination mit Hochstrom über die Biegestelle
	flexible Montage	feste Montage	Kombination mit Wärmemanagement für LEDs
	Feinleiterstrukturen ≥150 µm Line/Space	Feinleiterstrukturen ≥150 µm Line/Space
Eigenschaften
UL-zertifiziert	ja	ja	ja
HDI-tauglich	ja	ja	ja
selbsttragend	nein	nein	ja
Impedanz-kontrolliert	ja	ja	nein
Vorteile	vielfältige Geometrien und Layoutmöglichkeiten	kostengünstige Alternative zu Starrflex-Lösung	Aufbau selbsttragender stabiler 3-D-Strukturen ohne zusätzliche Montagen
	symmetrischer und asymmetrischer Aufbau	einfache Verarbeitung	Kombination mit Leistungselektronik oder Wärmeableitung über den Biegebereich
	Mehrfachbiegungen
	kleine Biegeradien
	mehrere Flexlagen möglich
Nachteile	Trocknungsprozess vor dem Bestücken +120 °C, 2 h	größerer Biegeradius als Starrflexleiterplatte	keine Mehrfachbiedung möglich
		nur bedingt Mehrfachbiegungen
Preisrelation	XXX	X	X