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Hersteller von Starrflex-Leiterplatten

Hersteller von Starrflex-Leiterplatten: 4–24 Lagen, IPC-6013 Klasse 3, von der DFM-Analyse bis zur Funktionsprüfung

Als Hersteller von Starrflex-Leiterplatten fertigt PCBark Leiterplatten, die starre FR-4-Bereiche und flexible Polyimid-Bereiche in einem Bauteil vereinen: ein Leiterplattenaufbau nach IPC-6013 Typ 4, der sich in eine 3D-Form biegen lässt und die Steckverbinder und Kabel einer separaten starren Leiterplatte überflüssig macht. Wir decken die gesamte Prozesskette im eigenen Haus ab: DFM-Analyse, Beschaffung, Leiterplattenfertigung, Bestückung und 100 % elektrische Prüfung.

4–24 Lagen(2–6 flexible Lagen)

≥3× Mindestbiegeradius(Extrem)

100k+ ZyklenDynamische Biegung

±5 % ToleranzKontrollierte Impedanz

0,050 mmMindestbreite der Leiterbahn / Mindestabstand zwischen Leiterbahnen

100 % elektrische Prüfung+ AOI + TDR

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IPC-6013 Klasse 3

Leiterplattenaufbau für hohe Zuverlässigkeit

IPC-2223

Design flexibler und Starrflex-Leiterplatten

IPC-A-600

Abnahmestandards

ISO 9001

Qualitätsmanagement

Was eine Starrflex-Leiterplatte ist und wann sie starren Leiterplatten mit Kabeln überlegen ist

Eine Starrflex-Leiterplatte ist eine einzelne Leiterplatte, in der starre FR-4-Bereiche und flexible Polyimid-Bereiche miteinander verpresst und durch metallisierte Durchkontaktierungen verbunden sind; sie wird nach IPC-6013 als Typ 4 eingestuft. Sie trägt Bauteile auf den starren Bereichen und lässt sich entlang der flexiblen Bereiche biegen oder falten. So ersetzt sie die Leiterplattenverbinder und Flachbandkabel, die bei einer Bestückung mit mehreren starren Leiterplatten nötig wären.

Fehlerursachen beseitigen

Wer die Kabel aus einem engen Gehäuse entfernt, beseitigt die Teile, die zuerst ausfallen. Bei einer Konstruktion aus Leiterplatten und Kabeln sind die Steckkontakte und Biegestellen der Kabel die Verbindungen, die unter Vibration durch Reibung verschleißen, reißen und zeitweise den Kontakt verlieren. Indem ein Starrflex-Design starre und flexible Lagen in einer Leiterplatte vereint, verlegt es die Verbindung in das Kupfer selbst: Der Signalweg, der zuvor über zwei Crimpkontakte und ein Kabel verlief, besteht nun aus einer durchgehenden geätzten Leiterbahn, die deutlich mehr Biegungen aushält. Das ist der eigentliche Grund, weshalb Teams aus der Luft- und Raumfahrt sowie der Medizintechnik auf diese Technik setzen: Jeder entfallende Steckverbinder beseitigt eine mögliche Fehlerursache. Es geht ihnen dabei um Zuverlässigkeit, nicht um Eleganz.

3D-Bauform und Zuverlässigkeit

Diese Leiterplattenbauart lohnt sich, wenn eine 3D-Bauform nötig und Zuverlässigkeit unverzichtbar ist: etwa bei einem Kameramodul, das zwei starre Leiterplatten um ein Objektivgehäuse faltet, einem Hörgerät, dessen Leiterplatte eine Batterie umschließt, oder einem Avionikaufbau, der Startvibrationen überstehen muss. Ebenso offen beantworten wir die Frage, wann sie nicht sinnvoll ist. Wenn Ihr Design Bauteile nur auf einer Seite trägt und eine flache Leiterplatte bei der Montage lediglich einmal gebogen werden muss, ist eine flexible Leiterplatte oder eine einlagige flexible Schaltung mit aufgeklebter Versteifung meist günstiger als eine vollständige Starrflex-Leiterplatte und erfüllt denselben Zweck. Wir sprechen das bei der DFM-Analyse an, statt Ihnen einen Lagenaufbau nach Typ 4 zu verkaufen, den Sie nicht brauchen. Diese Abwägung legen wir von Anfang an offen.

Ein anderes Werkzeug

Eine Starrflex-Leiterplatte ist also keine Premiumversion einer starren Leiterplatte, sondern ein anderes Werkzeug. Die Verbindung von flexiblen und starren Bereichen bedeutet einen höheren Stückpreis, senkt aber die Zahl der Bauteile, spart Bauraum und schafft eine durchgehende elektrische Verbindung. Im Folgenden zeigen wir, welche flexiblen und Starrflex-Leiterplatten wir fertigen können, wie wir Risse am Übergang zwischen starren und flexiblen Bereichen vermeiden und wo die Kostengrenze tatsächlich liegt, wenn man das gesamte System statt nur der unbestückten Leiterplatte betrachtet.

Die Verbindung beider Bauarten

Die Starrflex-Technik verbindet die beiden Grundbauarten von Leiterplatten: vollständig starre und vollständig flexible. Starrflex-Leiterplatten bieten gegenüber herkömmlichen starren Leiterplatten Vorteile, weil sie starre und flexible Materialien in einem einzigen Lagenaufbau vereinen. Während herkömmliche Leiterplatten bewegliche Teile über Kabel anbinden, lassen sich Starrflex-Leiterplatten in die gewünschte Form biegen: Ihre flexiblen Bereiche halten wiederholtem Biegen ohne mechanisches Versagen stand. Die platzsparende Bauform und die bessere Wärmeableitung durch Kupfer auf einer größeren Leiterplattenfläche sind Gründe, weshalb Ingenieure bei kompakten Produkten mit starken Vibrationen Starrflex-Leiterplatten statt separater starrer Leiterplatten wählen. In Angeboten oder Foren finden Sie dafür auch die englischen Bezeichnungen „rigid flex board“, „flex rigid pcb“, „rigid flex circuit boards“ und „rigid flexible pcb“; sie meinen alle denselben Leiterplattenaufbau nach Typ 4.

Fertigungsspektrum für Starrflex-Leiterplatten von PCBark: Standard, Erweitert und Extrem

Die meisten Herstellerseiten für Starrflex-Leiterplatten bieten nur eine pauschale Liste ihrer Fertigungsmöglichkeiten. Wir unterteilen unser Angebot in drei Klassen. So sehen Sie sofort, welcher Fertigungsprozess zu Ihrem Design passt, und der Einkauf kann eine Angebotsanfrage für flexible und Starrflex-Leiterplatten ohne Rückfrage eingrenzen.

Alle folgenden Werte stammen aus unserem eigenen Datenblatt zu den Prozessmöglichkeiten und sind keine für Marketingzwecke gerundeten Zahlen. „Standard“ umfasst die Serienfertigung mit guter Ausbeute; „Erweitert“ steht für Arbeiten mit hoher Packungsdichte und HDI-Strukturen; „Extrem“ beschreibt das Spektrum für hohe Lagenzahlen und hohe Zuverlässigkeit in der Luft- und Raumfahrt sowie bei implantierbaren Produkten. Nutzen Sie die Angaben als Entscheidungshilfe: Wählen Sie nur die Klasse mit den engsten Grenzwerten, die Ihr Design tatsächlich benötigt, denn jeder Schritt in Richtung „Extrem“ erhöht Kosten und Vorlaufzeit.

Fertigungsklassen für Starrflex-Leiterplatten von PCBark

Lagenaufbau und Materialien

Mechanische Eigenschaften und Spezifikationen

Parameter	Standard	Erweitert	Extrem
Gesamtzahl der Lagen	4–8	6–16	24+
Lagenzahl im flexiblen Bereich	1–2	2–4	6
Lagenzahl im starren Bereich	2–6	4–12	20+
Basismaterial	FR-4 + Polyimid	FR-4 mit hohem Tg + PI	Hybrid aus Hochgeschwindigkeitsmaterial + PI
Flexibles Material	PI / Polyimid	PI + klebstofffrei	Flexible Folie für hohe Zuverlässigkeit
Dicke des starren Bereichs	0,6–1,6 mm	0,4–2,4 mm	3,2 mm
Dicke des flexiblen Bereichs	0,08–0,20 mm	0,05–0,25 mm	Projektabhängig
Kupferdicke	0,5–1 oz	0,5–2 oz	3 oz

Parameter	Standard	Erweitert	Extrem
Mindestbreite der Leiterbahn / Mindestabstand zwischen Leiterbahnen	0.10 / 0,10 mm	0.075 / 0,075 mm	0.050 / 0,050 mm
Kleinste mechanische Bohrung	0,25 mm	0,20 mm	0,15 mm
Kleinste lasergebohrte Durchkontaktierung	0,10 mm	0,075 mm	0,050 mm
Blind- und vergrabene Durchkontaktierungen	Verfügbar	HDI-Starrflex-Leiterplatte	Mehrstufiges HDI
Mindestbiegeradius	≥10× Dicke des flexiblen Bereichs	≥6×	≥3×
Dynamische Biegezyklen	1,000+	10,000+	100,000+
Oberflächenfinish	ENIG, OSP	ENIG, ENEPIG, chemisch Silber	ENEPIG, Hartgold
Versteifungsmaterial	PI, FR-4	PI, FR-4, Edelstahl	Aluminium, Stahl, kundenspezifisch
Abdeckfolie	Gelb, Schwarz	+ Weiß	Kundenspezifische Farben
Kontrollierte Impedanz	±10%	±8%	±5%
Maximale Leiterplattengröße	250 × 400 mm	400 × 500 mm	500 × 600 mm
Prüfung	100 % elektrische Prüfung	AOI + Flying-Probe-Test + Impedanzprüfung	AOI + elektrische Prüfung + TDR + Zuverlässigkeitsprüfung

Quelle: Prozessdaten von PCBark für Starrflex-Leiterplatten. Die Werte sind je nach Klasse erreichbare Mindest- bzw. Höchstwerte und werden für jedes Projekt bei der DFM-Analyse bestätigt. Die Fertigungsmethoden für erweitertes HDI folgen veröffentlichten Verfahren wie dem US-Patent US10772220B2.

Wie wir den Übergang zwischen starren und flexiblen Bereichen gegen Risse auslegen

Sind Starrflex-Leiterplatten automatisch zuverlässiger als eine Kabelbaugruppe? Nein. Eine Starrflex-Leiterplatte ist nur dann zuverlässiger, wenn der Übergang zwischen starren und flexiblen Bereichen richtig ausgelegt und gefertigt wird. Ein schlecht ausgeführter Übergang, ein enger Biegeradius an der Leiterplattenkante, eine Durchkontaktierung zu nah am flexiblen Bereich oder die falsche Kupferkornstruktur führen schneller zu Rissen als ein gut gefertigtes Kabel. Anders gesagt: Die Zuverlässigkeit muss am Übergang konstruktiv sichergestellt werden; sie ergibt sich nicht von selbst aus der Technik. Etwas anderes behaupten wir nicht.

Die Übergangszone ist der Bereich, in dem starre und flexible Teile aufeinandertreffen. Sie ist die am besten dokumentierte Schwachstelle dieser Technik: Hier erleben Entwickler Ausfälle, und für diesen Bereich wurden in der Überarbeitung von IPC-6013E aus dem Jahr 2021 eigene Abnahmekriterien ergänzt. Wir behandeln ihn als den entscheidenden Teil der Leiterplatte. Die Ursache der Ausfälle ist klar: Wird der flexible Bereich direkt an der starren Kante zu stark gebogen, gerät das äußere Kupfer unter eine Zugbelastung, für die es nicht ausgelegt ist. Die Leiterbahn verfestigt sich durch die wiederholte Verformung, bekommt Mikrorisse und führt nach Tausenden von Zyklen zu dem in Foren als rätselhafter Defekt beschriebenen Symptom „einige Dutzend Ohm bis zur Unterbrechung“. Die Ursache ist mechanisch; entsprechend muss auch die Lösung mechanisch sein.

Unsere Regeln für den Übergang beruhen darauf, was die Leiterplatte überstehen muss. Entscheidend ist zunächst die Kornstruktur des Kupfers: Für jeden Bereich, der wiederholt gebogen wird, legen wir gewalztes und geglühtes Kupfer (RA) fest. Seine längliche Kornstruktur widersteht Ermüdung deutlich besser als galvanisch abgeschiedenes Kupfer (ED), das wir nur für flexible Bereiche vorsehen, die beim Einbau einmal gebogen werden. Die erste Biegung halten wir mindestens 1,5 mm von der starren Kante entfernt. So verteilt sich die Belastung im flexiblen Bereich, statt sich an der Verpressungslinie zu konzentrieren. Durchkontaktierungen und metallisierte Bohrungen bleiben vollständig außerhalb der Biegezone. Den flexiblen Bereich schützt eine Abdeckfolie statt Lötstopplack; eine Klebstoffraupe am Übergang kontrolliert den Harzfluss und verhindert, dass sich die Lagen dort lösen, wo sie am stärksten belastet werden. Auf diesem Prozessdetail beruhen auch neuere Patente (US10772220B2).

Das Design von Starrflex-Leiterplatten beginnt mit dem Lagenaufbau. Starre und flexible Bereiche werden anders ausgelegt als die Schaltung einer rein starren Leiterplatte, denn es kann schwierig sein, ihre unterschiedlichen Anforderungen innerhalb einer einzigen Leiterplatte in Einklang zu bringen. Wesentliche Designfragen – der geeignete Biegeradius, die Flexibilität des Substrats und die Anordnung der starren und flexiblen Kupferlagen – klären wir vor der Leiterplattenfertigung, statt sie erst am Erstmuster zu entdecken.

Die 10-6-3-Regel für den Biegeradius und Klassen der Biegefestigkeit

Für unsere erreichbaren Biegeradien verwenden wir die einfache „10-6-3“-Einteilung, bezogen auf die Dicke des flexiblen Bereichs: In der Klasse „Standard“ gilt für statische oder einmalige Biegungen beim Einbau ein Mindestbiegeradius vom 10× der Dicke des flexiblen Bereichs; „Erweitert“ erreicht 6× und „Extrem“ für besonders enge Faltungen 3×. Dazu kommt eine Klasse der Biegefestigkeit (FEC): FEC A mit 1.000+ Zyklen für gelegentlichen Wartungszugang, FEC B mit 10.000+ Zyklen für regelmäßige Bewegung und FEC C mit 100.000+ Zyklen für kontinuierliche dynamische Biegung, etwa in einem Scharnier oder einem beweglichen Druckkopf.

Technischer Hinweis: 10-6-3 gegenüber den Mindestwerten nach IPC-2223

Unsere 10-6-3-Werte beschreiben, bezogen auf die Dicke des flexiblen Bereichs, unsere Möglichkeiten für statische Biegung, Biegung beim Einbau und dynamische Biegung. Sie folgen einer anderen Einteilung als die Norm IPC-2223, die konservative Mindestbiegeradien nach Lagenzahl vorgibt: bei statischer Nutzung ungefähr 6× für einseitige, 12× für zweiseitige und 24× für mehrlagige flexible Leiterplatten. Für dynamische Anwendungen werden häufig deutlich größere Radien verwendet; manche Quellen nennen bei kontinuierlicher Bewegung bis zu 100× der Gesamtdicke. Wir legen Ihren Lagenaufbau nach der jeweils strengeren Regel aus und überprüfen die gefertigte Leiterplatte mit einer Biegefestigkeitsprüfung gemäß dem Zweck von IPC-TM-650 Methode 2.4.3. Eine pauschale Zyklenzahl ohne zugrunde liegende Prüfung nennen wir nicht.

“Bei einem Starrflex-Layout prüfen wir zuerst, wo die Biegung im Verhältnis zur starren Kante und zu den Durchkontaktierungen liegt, nicht die Leiterbahnbreite. Verschiebt man die Biegung um 1,5 mm und verwendet im dynamisch belasteten Bereich RA-Kupfer, übersteht eine Leiterplatte hunderttausend Zyklen, obwohl sie sonst schon nach einigen Tausend ausgefallen wäre. Der Übergang ist entscheidend.”

Starrflex-Entwicklungsteam von PCBark

Fehlerbild am Übergang	Ursache	Wie PCBark den Fehler verhindert
Risse in Leiterbahnen der Außenlage	Biegeradius unterhalb der Ermüdungsgrenze des Kupfers	10-6-3-Regel für den Biegeradius + RA-Kupfer bei dynamischer Biegung
Dauerhafte Falte / Knick	Biegung direkt an der starren Kante	1,5 mm Abstand der Biegung zum starren Bereich
Risse in Bohrungswand / Durchkontaktierung	Metallisierte Bohrungen innerhalb der Biegezone	0,5 mm Ausschlussabstand für Durchkontaktierungen zur flexiblen Zone
Delaminierung am Übergang	Unkontrollierter Harzfluss bei der Verpressung	Klebstoffraupe + Abnahmekriterien für den Übergang nach IPC-6013E
Verzug durch unausgewogenen Lagenaufbau	Asymmetrische Kupferverteilung	Ausgewogener Leiterplattenaufbau / Verfahren für asymmetrische Blindbohrungen

Lagenaufbau und Materialien von Starrflex-Leiterplatten: Polyimid, Abdeckfolie und Versteifungen

Der Lagenaufbau entscheidet über den Erfolg einer Starrflex-Leiterplatte, weil flexible und starre Bereiche unterschiedliche Anforderungen stellen. Die flexiblen Lagen bestehen aus Polyimidfolie, bei Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen meist aus klebstofffreiem Laminat. Bei günstigeren Aufbauten ist es die Klebstofflage, die sich unter Hitze lösen kann. In den starren Bereichen verwenden wir FR-4 oder FR-4 mit hohem Tg, wenn die Bestückung bleifreies Reflow-Löten umfasst. Wo die Signalintegrität entscheidend ist, können wir auch einen Hybridaufbau mit Hochgeschwindigkeitsmaterial fertigen.

Im flexiblen Bereich ersetzt eine Abdeckfolie den Lötstopplack. Das ist die Frage nach Abdeckfolie oder LPI, die Käufer ebenso stellen wie die nach Polyimid oder FR4: Die Abdeckfolie ist eine verpresste Polyimidfolie mit vorgestanzten Öffnungen. Sie übersteht Biegungen, bei denen flüssiger fotostrukturierbarer Lötstopplack (LPI) reißen würde. In allen dynamisch gebogenen Bereichen verwenden wir Abdeckfolie; LPI bleibt den starren Bereichen vorbehalten. Versteifungen setzen wir dort ein, wo der flexible Bereich örtlich steif sein muss, etwa unter einem Steckverbinder oder einer Anschlussfläche für ein Bauteil. Je nachdem, ob Dicke, Wärmeverteilung oder Erdung benötigt wird, bestehen sie aus Polyimid, FR-4, Edelstahl oder Aluminium.

Entscheidungen beim Lagenaufbau, die Kosten und Zuverlässigkeit beeinflussen

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Klebstofffreies Polyimid für dynamische Biegung: bessere Stabilität in Z-Richtung und längere Biegelebensdauer als Folie mit Klebstoff

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Oberflächenfinish: ENIG und OSP für „Standard“; ENEPIG und chemisch Silber für feine Anschlussraster; Hartgold für verschleißbeanspruchte Kontakte und Kantensteckverbinder

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Ausgewogene Auswahl von Prepreg und Laminat zwischen Ober- und Unterseite, damit sich die Leiterplatte nach der Verpressung nicht verzieht – ein Fehlerbild durch unausgewogenen Lagenaufbau, für das es spezielle asymmetrische Starrflex-Verfahren gibt

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Kontrollierte Impedanz von ±10 % bis ±5 %, in der Klasse „Extrem“ mittels TDR überprüft

Die Materialwahl ist auch eine Entscheidung beim Elektronikdesign

Das hängt mit unserer Arbeit an HDI-Leiterplatten und der Leiterplattenbestückung zusammen: Der gewählte Lagenaufbau für die flexible Leiterplatte bestimmt, ob BGAs mit feinem Anschlussraster und ihre Lötstellen auf den starren Bereichen Platz finden. Diese Leiterplattentechniken beeinflussen sich beim Reflow-Löten gegenseitig. Deshalb klären wir ihre Anforderungen früh im Fertigungsprozess, bevor Sie das Design zur Fertigung freigeben, und nicht erst nach einem fehlgeschlagenen ersten Fertigungsdurchlauf. Für die Bestückung von Starrflex-Leiterplatten gelten eigene Handhabungsregeln. Flexible HDI-Leiterplatten erfordern außerdem lasergebohrte Mikrodurchkontaktierungen, die bei einer einfacheren Leiterplatte mit starren und flexiblen Bereichen nicht nötig wären.

Was kostet eine Starrflex-Leiterplatte wirklich? Leiterplattenpreis und Gesamtbetriebskosten des Systems

Warum sind Starrflex-Leiterplatten teurer?

Als unbestückte Leiterplatte kann eine Starrflex-Leiterplatte ein Mehrfaches einer vergleichbaren starren Leiterplatte kosten; ein Branchen-Whitepaper nennt nahezu 7×. Grund dafür sind zusätzliche Lagen, engere Toleranzen, Polyimidmaterialien und eine anspruchsvollere Fertigung. Für die Kaufentscheidung zählen jedoch die Systemkosten. Sie fallen oft in die andere Richtung aus, sobald Steckverbinder, Kabel, Arbeitsaufwand für die Bestückung und Prüfzyklen berücksichtigt werden.

Sprechen wir offen über den zunächst abschreckenden Preis: Wer zum ersten Mal Starrflex-Leiterplatten kauft, kennt diese Reaktion. Die Kosten sind ein wichtiger Faktor. Käufer aus den USA, die erstmals Preise für flexible Leiterplatten einholen, vergleichen sie meist mit starren Leiterplatten und erschrecken: Flexible Schaltungen kosten tatsächlich mehr als vergleichbare starre Leiterplatten, besonders bei Prototypen, wenn sich die Werkzeugkosten auf nur wenige Exemplare verteilen. Wer das verschweigt, verspielt Vertrauen. Die Abwägung ist einfach: Sie zahlen mehr für die Leiterplatte, um die Kosten des gesamten Systems zu senken. Das überzeugende Kostenargument für Starrflex ist nicht eine günstige Leiterplatte, sondern eine kürzere Stückliste für den Rest des Systems.

~7× Leiterplattenpreis, geringere Systemkosten

Eine unbestückte Starrflex-Leiterplatte kostet ungefähr 7× so viel wie eine starre Leiterplatte (Minco). Dennoch liegen die Gesamtbetriebskosten des Systems häufig niedriger, wenn Steckverbinder, Kabel, Arbeitsaufwand für die Bestückung und die mehrstufigen Prüfungen einer Konstruktion aus Leiterplatten und Kabeln entfallen. Gewichtseinsparungen von 60 %+ sind üblich, wenn eine Starrflex-Leiterplatte mehrere starre Leiterplatten samt Verkabelung ersetzt.

Quellen: Minco-Whitepaper zu Starrflex-Kosten; Kosten-Nutzen-Analyse von Epec. Die Zahlen dienen zur Orientierung – fordern Sie ein Angebot für Ihre Ausführung an.

Hier ziehen wir die Grenze ausdrücklich, denn Einkaufsabteilungen verlieren das Vertrauen in eine Seite, die nur eine Seite der Rechnung zeigt:

Kostenposition	Leiterplatten + Kabel + Steckverbinder	Starrflex-Leiterplatte
Stückpreis der unbestückten Leiterplatte	Niedriger (Vergleichsbasis)	Höher (bis zu ~7×)
Steckverbinder und Kabelbaugruppen	Zusätzliche Kosten je Verbindung	Entfallen
Produktionslinien	Mehrere (Leiterplatte, Kabel, Steckverbinder)	Eine Produktionslinie
Prüfzyklen	Leiterplatte + Verbindungen + Kabel, mehrstufig	Ein Durchlauf mit 100 % elektrischer Prüfung
Arbeitsaufwand für Bestückung und Einbau	Manuelle Kabelführung, Risiko von Einbaufehlern	Lässt sich nur auf eine Weise falten, geringes Fehlerrisiko
Gewicht / Gehäusegröße	Vergleichsbasis	Bis zu 60 %+ leichter, geringerer Platzbedarf

Ab wann sich die Kosten ausgleichen, hängt von der Stückzahl und der Zahl der entfallenden Verbindungen ab. Zwei starre Leiterplatten mit nur einem Verbindungskabel rechtfertigen eine Starrflex-Leiterplatte selten allein aus Kostengründen. Hier kaufen Sie Zuverlässigkeit durch den Wegfall des Steckverbinders, wie bei der im US-Patent US12382583B2 beschriebenen Anordnung. Ersetzen Sie dagegen vier Leiterplatten und einen Kabelbaum in einem Gehäuse mit starken Vibrationen, spricht die Systemkostenrechnung meist schon vor Berücksichtigung von Ausfällen im Betrieb für Starrflex. Wir rechnen das gemeinsam mit Ihnen durch, statt einen Prozentsatz ohne belastbare Quelle zu behaupten.

Anwendungen für Starrflex-Leiterplatten: Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt, Automobiltechnik und Wearables

Starrflex begann als Technik für Raumfahrzeuge und wird inzwischen überall dort eingesetzt, wo Produkte klein, beweglich oder für kritische Aufgaben bestimmt sind. Der Starrflex-Markt lag 2024 bei rund $4,2 Milliarden und soll bis 2030 auf etwa $6,3 Milliarden wachsen (Strategic Market Research). Angetrieben wird dieses Wachstum gerade von Produkten, die sich keinen Steckverbinder leisten können. Gemeinsam ist diesen Märkten, dass die Produkte rauen Umgebungen, Vibrationen, Temperaturwechseln und elektromagnetischen Störungen (EMI) standhalten müssen. Hier hält eine gefaltete Leiterplatte mit korrosionsbeständigen Oberflächenfinishes und integriertem Wärmemanagement länger als eine Konstruktion mit Kabeln. Unsere drei Fertigungsklassen entsprechen den typischen Einsatzbereichen:

Medizinelektronik

Herzschrittmacher, Hörgeräte, Ultraschallsonden und expandierbare Katheter, bei denen sich die Leiterplatte in den Körper oder ein dichtes Gehäuse falten lassen muss. Neuere Patente sehen Starrflex-Leiterplatten in Ultraschall-Energiegebern (US11903118B2) und interventionellen Kathetern (US10201311B2) vor; dabei handelt es sich um Ausführungen der Klasse 3 mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen für implantierbare Medizinprodukte.

Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung

Avionikaufbauten, Satelliten und Lenksysteme, die Startvibrationen ohne zeitweilige Kontaktunterbrechungen überstehen müssen. Laut IPC-Daten zu militärischen Anwendungen überstehen klebstofffreie Starrflex-Leiterplatten 2.000+ Biegezyklen ohne Risse in den Bohrungswänden.

Automobilelektronik

Kameramodule, LiDAR und Kombiinstrumente. Ein aktuelles Patent für eine Starrflex-Kamera mit zwei Leiterplatten (US12382583B2) beschreibt genau die Anordnung, die wir fertigen: zwei starre Bereiche, verbunden durch einen flexiblen Bereich.

Wearables und Unterhaltungselektronik

Smartwatches, Ohrhörer und faltbare Kameras, bei denen jeder Kubikmillimeter zählt und der flexible Bereich die Batterie umschließt. Derselbe Ansatz lässt sich auch in der Automobilindustrie und bei anderen smarten Geräten einsetzen.

Bei Anwendungen in diesen Märkten mit besonders hohen Temperaturen oder Frequenzen werden Starrflex-Leiterplatten oft zusammen mit unseren Keramik- und Rogers-Leiterplatten eingesetzt. Diese Entscheidungen treffen wir unter einem Dach, damit elektrische Verbindung und Substrat gemeinsam ausgelegt werden.

Warum Kunden aus Luft- und Raumfahrt sowie Medizintechnik einem ihnen unbekannten Starrflex-Hersteller vertrauen können

Ein neuer Lieferant gewinnt Vertrauen durch überprüfbare Standards, nicht durch das Alter seiner Marke.

PCBark fertigt nach IPC-6013 Klasse 3, der Zuverlässigkeitsklasse, die viele staatliche Programme als kommerzielles Äquivalent zu MIL-PRF-31032 anerkennen, und prüft jede Leiterplatte mit einem Prüfprogramm zu 100 %. Zertifikat und Prüfdaten liegen der Bestellung bei, sodass Sie die geleistete Arbeit prüfen können statt nur das Logo.

Wir kennen den Einwand, und er ist berechtigt: Warum sollten Sie ein Programm für die Luft- und Raumfahrt oder ein implantierbares Medizinprodukt einem Hersteller anvertrauen, mit dem Sie noch nicht gearbeitet haben, wenn Sierra und TTM bereits zu Ihren Lieferanten gehören? Die Antwort ist kein Versprechen. Es sind die Abnahmekriterien nach IPC-6013 Klasse 3, die Designregeln nach IPC-2223 und die Kriterien für die Sichtprüfung nach IPC-A-600, die wir auf jedes Fertigungspanel anwenden – dieselben Standards, an denen Ihre bisherigen Lieferanten gemessen werden. Klasse 3 ist die Zuverlässigkeitsklasse für Anwendungen, bei denen ein Ausfall nicht hinnehmbar ist; viele Abnehmer aus Verteidigung und Medizintechnik betrachten sie als COTS-Weg zur Erfüllung der Anforderungen nach MIL-PRF-31032, der Zuverlässigkeitsklasse für implantierbare Konstruktionen wie im US-Patent US11903118B2.

Dafür liefern wir Nachweise statt bloßer Behauptungen. Jede Leiterplatte wird zu 100 % elektrisch geprüft; AOI und die Flying-Probe-Prüfung erkennen Fehler, die dem Auge entgehen; bei der Klasse Extreme bestätigt TDR die kontrollierte Impedanz. Die Daten der Erstmusterprüfung und das Zertifikat für Klasse 3 liegen der Bestellung bei. Dahinter stehen 16+ Jahre EMS-Erfahrung und ein Fertigungsstandort mit einer Kapazität von 500.000 m²/Jahr – kein Slogan, sondern eine Dokumentation, die Sie selbst prüfen können.

IPC-6013 Klasse 3

Abnahmekriterien für hohe Zuverlässigkeit

100 % elektrische Prüfung

Jede Leiterplatte

AOI + Flying-Probe-Prüfung

Automatisierte Prüfung

TDR-Impedanzmessung

±5 % nachgewiesen

Erstmusterprüfdaten

Liegen der Bestellung bei

Fertigungsstandort für Starrflex-Leiterplatten

Starrflex-Leiterplatten: Beschaffung, Angebot, Vorlaufzeit und Zusammenarbeit bei der DFM-Analyse

Einkäufer mit Erfahrung in der Beschaffung von Starrflex-Leiterplatten geben Neulingen immer wieder denselben Rat: Wählen Sie den Anbieter, mit dem Sie sich bei der DFM-Analyse am besten austauschen können. Bei dieser Leiterplattenart entstehen die entscheidenden Fehler in der Designprüfung, nicht in der Leiterplattenfertigung; deshalb ist die Zusammenarbeit mit dem Lieferanten ein wesentlicher Teil der Risikokontrolle. Als Hersteller mit schlüsselfertiger Leiterplattenbestückung für Starrflex-Leiterplatten übernehmen wir DFM-Analyse, Materialbeschaffung, Leiterplattenfertigung, Bestückung und Funktionsprüfung unter einem Dach; so gehen spezielle Designregeln für flexible Bereiche bei der Übergabe vom Leiterplattenhersteller an einen separaten Bestücker nicht verloren, und die gesamte Fertigung unterliegt unserem Qualitätsmanagementsystem nach ISO 9001. Ein gutes Design für Starrflex-Leiterplatten steht und fällt mit diesem Austausch zur DFM-Analyse, denn bei der Fertigung einer Leiterplatte mit Lagenaufbau vom Typ 4 gelten besondere Regeln für flexible Bereiche, die eine allgemeine Prüfung des Leiterplattendesigns übersehen kann.

Was den Angebotspreis für Ihre Starrflex-Leiterplatte bestimmt

Der Preis einer Starrflex-Leiterplatte hängt stärker von einigen wenigen Faktoren ab als von einer einfachen Flächenberechnung. Wenn Sie diese Faktoren kennen, können Sie den Entwurf genauer eingrenzen, bevor Sie einen Preis anfragen:

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Lagenzahl und Zahl der flexiblen Lagen – der größte einzelne Kostenfaktor

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Zuverlässigkeitsklasse (Klasse 2 gegenüber Klasse 3: etwa 20–40 % Mehrkosten gemäß den Abnahmekriterien nach IPC-6013)

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HDI-Merkmale, lasergebohrte Vias, Blind- und Buried-Via-Strukturen, BGA mit feinem Anschlussraster

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Oberflächenfinish: ENIG gegenüber ENEPIG gegenüber Hartgold

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Stückzahl – der Preisaufschlag ist bei Prototypenmengen am höchsten und sinkt in der Serienfertigung

Senden Sie uns einen Lagenaufbau, Gerber-Daten oder auch nur eine Handskizze; Sie erhalten eine DFM-Analyse mit der Fertigungsklasse, den erkennbaren Kostenfaktoren und einem Angebot auf Grundlage Ihrer Vorgaben. Wir sprechen ein Problem im Übergangsbereich lieber bei der Angebotserstellung an oder empfehlen eine kostengünstigere flexible Leiterplatte mit Versteifung, als es erst beim Erstmuster festzustellen. Fordern Sie ein Angebot an: Wir beginnen mit der DFM-Analyse und schicken Ihnen nicht einfach nur einen Preis.

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Entwicklungs- und Gesamtkostenrechner für Starrflex-Leiterplatten

Auswahlhilfe für die Fertigungsklasse Ihrer Starrflex-Leiterplatte

Prüfen Sie, ob Ihr Design in den Fertigungsrahmen der Klassen Standard, Advanced oder Extreme von PCBark fällt.

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Rechner für Biegeradius und Biegefestigkeit von Starrflex-Leiterplatten

Die 10-6-3-Fertigungsmöglichkeiten von PCBark im Vergleich zum Mindestbiegeradius nach IPC-2223 je nach Lagenzahl – ausgelegt nach der strengeren Regel.

Rechner öffnen

Starrflex-Leiterplatte gegenüber Leiterplatte mit Kabel: Tendenz bei den Gesamtsystemkosten

Die unbestückte Leiterplatte kostet mehr. Hier sehen Sie, wie sich die Systemkosten verlagern – als Orientierung, ohne dass Sie ein Angebot anfordern müssen.

Kostentendenz ansehen

Häufige Fragen zu Starrflex-Leiterplatten

Was unterscheidet eine Starrflex-Leiterplatte von einem FPC und einem FFC?

Ein FPC (flexible Leiterplatte) besteht vollständig aus einem dünnen Polyimid-Schaltkreis ohne starre Bereiche. Eine Starrflex-Leiterplatte vereint starre Bereiche aus FR-4 und flexible Bereiche in einer verpressten Leiterplatte; metallisierte Durchkontaktierungen verbinden sie miteinander. Auch die Unterscheidung zwischen FFC und FPC ist wichtig: Ein FFC ist ein flexibles Flachbandkabel und kein geätzter Schaltkreis. Verwenden Sie ein FPC, wenn sich der gesamte Schaltkreis biegen soll, und eine Starrflex-Leiterplatte, wenn Sie starre Bereiche für Bauteile und flexible Verbindungen dazwischen benötigen.

Ist eine Starrflex-Leiterplatte zuverlässiger als separate Leiterplatten und Kabel?

Das ist möglich, setzt aber ein korrektes Design voraus. Ohne Steckverbinder entfallen Fehlerquellen; deshalb sind Starrflex-Leiterplatten in der Luft- und Raumfahrt und in der Medizintechnik weit verbreitet, auch bei implantierbaren Konstruktionen wie im US-Patent US10201311B2. Ein schlecht ausgelegter Übergangsbereich fällt allerdings schneller aus als eine fachgerecht gefertigte Kabelbaugruppe. Die Zuverlässigkeit hängt vom richtigen Biegeradius, der passenden Kupferart und ausreichenden Abständen zu Vias ab; sie stellt sich nicht von selbst ein.

Warum sind Starrflex-Leiterplatten so teuer?

Die unbestückte Leiterplatte erfordert zusätzliche Lagen, Polyimidmaterialien, engere Toleranzen und eine aufwendigere Fertigung; daher kann sie ein Mehrfaches einer starren Leiterplatte kosten, wobei der Aufschlag bei Prototypenmengen am höchsten ist. Die Gesamtsystemkosten sinken in der Regel, weil bei Starrflex Steckverbinder, Kabel, zusätzliche Fertigungslinien und mehrstufige Prüfungen entfallen.

Wie groß muss der Biegeradius einer Starrflex-Leiterplatte mindestens sein?

Unsere Fertigungsmöglichkeiten reichen vom 10× der Dicke des flexiblen Bereichs bei statischen Biegungen bis zum 3× bei besonders engen Faltungen. Die Norm IPC-2223 legt vorsichtige Mindestwerte nach Lagenzahl fest: etwa 6× bei einseitigen, 12× bei zweiseitigen und 24× bei Multilayer-Leiterplatten für statische Anwendungen; für dauerhaft dynamische Biegungen gelten größere Radien. Für Ihren Lagenaufbau legen wir die strengere Regel zugrunde.

Was ist eine Abdeckfolie, und wie unterscheidet sie sich vom Lötstopplack?

Die Abdeckfolie ist eine verpresste Polyimidfolie mit vorgestanzten Öffnungen, die den flexiblen Schaltkreis schützt. Sie lässt sich biegen, ohne zu reißen; flüssiger fotostrukturierbarer (LPI) Lötstopplack kann das nicht. Wir verwenden Abdeckfolie für alle flexiblen Bereiche und beschränken LPI-Lötstopplack auf die starren Bereiche.

Welche IPC-Klasse sollte ich für Starrflex-Leiterplatten festlegen?

IPC-6013 definiert 3 Klassen. Klasse 1 gilt für allgemeine Elektronik, Klasse 2 für Anwendungen mit besonderen Betriebsanforderungen und Klasse 3 für Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen, bei denen ein Ausfall nicht hinnehmbar ist, etwa in der Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Verteidigung. Klasse 3 stellt strengere Abnahmeanforderungen an den Übergangsbereich und kostet etwa 20–40 % mehr als Klasse 2. Für die meisten Starrflex-Projekte wird Klasse 2 oder Klasse 3 festgelegt.

Können Sie Starrflex-Leiterplatten auch bestücken und nicht nur fertigen?

Ja. PCBark ist ein Anbieter für schlüsselfertige EMS-Leistungen: DFM-Analyse, Materialbeschaffung, Leiterplattenfertigung, SMT-Bestückung und Funktionsprüfung aus einer Hand. Dass Fertigung und Bestückung zusammenbleiben, ist bei Starrflex wichtig, weil die besonderen Vorgaben für die Handhabung und Biegung flexibler Bereiche ohne Lieferantenwechsel bis in die Bestückung gelten.

Welche Kupferart verwenden Sie für dynamische Biegungen?

Für alle Bereiche, die wiederholt gebogen werden, verwenden wir gewalztes und geglühtes Kupfer (RA), dessen lang gestreckte Kornstruktur der Materialermüdung entgegenwirkt. Galvanisch abgeschiedenes Kupfer (ED) verwenden wir nur für statische Bereiche oder solche, die einmalig bei der Montage gebogen werden. Die Wahl der falschen Kupferart für eine dynamische Anwendung gehört zu den häufigsten Ursachen für einen frühzeitigen Ausfall flexibler Bereiche.

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