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Elektronik wird zunehmend komplexer und muss gleichzeitig dünner, leichter, leistungsstärker und zuverlässiger sein. Die Bereiche tragbare Geräte, Medizintechnik, Automotive-Elektronik und Fabrikautomatisierung sind Beispiele dafür, wo das Dilemma zwischen der Aufrechterhaltung der elektrischen Leistung und der mechanischen Flexibilität der Bauteile, die Biegungen, Faltungen und wiederholten mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, die Produktentwickler vor Herausforderungen stellt. Hier kommen flexible Leiterplatten aus Kupfer zum Einsatz.
Heutzutage spielen flexible Leiterplatten aus Kupfer eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der immer weiter wachsenden Elektronikwelt und bieten somit eine perfekte Kombination aus Langlebigkeit, Flexibilität und elektrischer Zuverlässigkeit. Sie können herkömmliche Sackgassen-Verdrahtungen und sperrige Steckverbinder vollständig ersetzen und ermöglichen verschiedene innovative Produktgestaltungsmöglichkeiten, die bisher nur ein Traum waren. Zu den Unternehmen, die Pioniere im Bereich flexibler Kupferleiterplatten sind und die stetig wachsenden Anforderungen verschiedener Branchen erfüllen, gehört King Field.
Grundlagen flexibler Leiterplatten aus Kupfer
Bei Kupfer-Flex-Leiterplatten handelt es sich um elektrische Schaltungen, die auf flexiblen isolierenden Trägermaterialien – in der Regel Polyimid – aufgebaut sind, wobei Kupfer als leitendes Material verwendet wird. Die Hauptmerkmale, die diese Schaltungen von herkömmlichen starren Leiterplatten (PCBs) unterscheiden, bestehen darin, dass sie gebogen, verdreht oder gefaltet werden können, ohne ihre Funktion einzubüßen. Das Kupfer ist in spezifischen Schaltungsmustern angeordnet, die eine hochgradig effiziente Übertragung elektrischer Signale und Energie auch unter mechanischer Belastung ermöglichen.
Die hervorragende Leitfähigkeit, hohe thermische Stabilität und ausgezeichnete mechanische Widerstandsfähigkeit von Kupfer sind nur einige der Eigenschaften, die dieses Material besonders für flexible Schaltungsanwendungen geeignet machen. In Verbindung mit modernsten Herstellungsverfahren bieten Kupfer-Flex-Leiterplatten sowohl Robustheit als auch uneingeschränkte Gestaltungsmöglichkeiten.
Durch Material-Exzellenz – verbesserte Haltbarkeit
Die Haltbarkeit von Kupfer-Flexleiterplatten ist vermutlich eines ihrer größten Merkmale. Herkömmliche Verdrahtungssysteme sind seit langem stark auf Lötstellen und Steckverbinder angewiesen, also auf die Punkte einer elektronischen Baugruppe, die stets ein höheres Schwachstellenpotenzial aufweisen. Jede zusätzliche Verbindung bedeutet gleichzeitig einen möglichen Fehlerpunkt, der durch verschiedene Faktoren wie Vibrationen, thermisches Zyklen oder wiederholte Bewegungen verursacht werden kann.
Kupferne Flexschaltungen ermöglichen von vornherein die Minimierung oder sogar Eliminierung solcher Anfälligkeiten, indem zahlreiche Verbindungen zu praktisch einer einzigen, durchgehenden Schaltung kombiniert werden. Durch diese Vereinfachung der Anordnung wird das verwendete Material über einen bestimmten Zeitraum deutlich geringer beansprucht. Flexschaltungen aus Kupfer können dank der hohen Ermüdungsbeständigkeit des Materials Millionen von Biegezyklen aushalten. Daher kann ihr Anwendungsspektrum auch dynamische Einsätze umfassen, beispielsweise faltbare Geräte, bewegliche Teile und tragbare Geräte.
Ein Hersteller wie King Field konzentriert seine Bemühungen darauf, die Kupferdicke, die Leiterbahnen-Geometrie und die Schutzschichten zu optimieren, um erstklassige Haltbarkeit auch unter anspruchsvollen Einsatzbedingungen zu gewährleisten.
Überlegene Flexibilität ohne Leistungsverlust
Flexibilität umfasst nicht nur die mechanische Verbiegbarkeit, sondern auch die elektrische Leistung, die währenddessen konstant bleiben sollte. Kupferflex-Leiterplatten haben von Natur aus in diesem Bereich keine Probleme. Sie können zuverlässig Signale übertragen, selbst wenn die Leiterbahn wiederholt gebogen wird. Im Vergleich zu anderen als Leiter verwendeten Materialien weist Kupfer äußerst geringe elektrische Widerstände und eine hervorragende Signalintegrität in einer Vielzahl unterschiedlicher Situationen auf.
Dank dieser Eigenschaft kann der zusätzliche Platz innerhalb eines Produkts genutzt werden, um Leiterbahnen zu führen, diese zu falten, um Baugruppen kompakter zu gestalten, oder sie sogar in mechanische Komponenten einzubetten. Bei medizinischen Geräten oder tragbaren Anwendungen schlägt sich die erhöhte Flexibilität in besserer Ergonomie, geringerer Bauform und gesteigertem Benutzerkomfort nieder, und das bei gleichbleibender Zuverlässigkeit – ohne Kompromisse.
Bessere thermische und mechanische Stabilität
Darüber hinaus lässt sich auch die thermische Steuerung über flexible Kupferleiterbahnen als Vorteil anführen. Da Kupfer ein sehr effizienter Wärmeleiter ist, kann es in einem System erzeugte Wärme auf andere Bereiche oder die Umgebung übertragen und sie leicht abgeben. Ein starkes Ansteigen der Temperatur im Inneren, das zu einer Leistungsminderung und somit zur Verkürzung der Lebensdauer führen kann, ist ein typisches Problem kompakter elektronischer Geräte, das hier gelöst wird.
Im Hinblick auf mechanische Belastungen können flexible Kupferleiterbahnen die Auswirkungen durch Bewegung stabilisieren und so verhindern, dass die Leiterbahnen vorzeitig altern, beispielsweise durch Risse oder Brüche. Abdecklagen, die schützen, sowie Oberflächenbeschichtungen verlängern die Lebensdauer der Leiterbahnen und ermöglichen deren weiteren Betrieb, selbst wenn sie Feuchtigkeit, Chemikalien und mechanischer Abnutzung ausgesetzt sind.
Konstruktionsfreiheit und Fertigungseffizienz
Kupferne Flexschaltungen bieten den Anwendern nicht nur eine überlegene Leistung, sondern auch erhebliche Vorteile im Bereich Design und Fertigung. Durch die Kombination mehrerer Starrplatinen und Steckverbindungen in einer einzigen flexiblen Schaltung erhalten Konstrukteure die Möglichkeit, Montageprozesse zu vereinfachen und das Gesamtsystemgewicht drastisch zu reduzieren. Zudem führen weniger Bauteile zu weniger Montageschritten, wodurch Kosten gesenkt und die Qualitätssicherung verbessert wird.
King Field nutzt diese Gestaltungsfreiheit, um auf Kundenanforderungen zugeschnittene Lösungen mit kupfernen Flexschaltungen zu entwickeln. Solche Anpassungen können hochdichte Elektronik, hochspezialisierte medizinische Geräte oder sehr robuste industrielle Systeme umfassen.
Anwendungen, die die Zukunft der Elektronik vorantreiben
Die Branchen, die Kupfer-Flexleiter einsetzen, erweitern sich kontinuierlich. Durch die Möglichkeit, dünnere Smartphones, faltbare Bildschirme und weniger sperrige tragbare Geräte zu ermöglichen, hat die Unterhaltungselektronik nur einen von mehreren Bereichen dar gestellt, in denen Kupfer-Flexleiter große Fortschritte gemacht haben. Die Automobil- und Luftfahrtindustrie sind Beispiele für Sektoren, die diese Leiter nutzen, um zuverlässige Verbindungen unter Bedingungen sicherzustellen, bei denen ständiger Vibration, extremen Temperaturen und Bewegung ausgesetzt ist. Hersteller medizinischer Geräte setzen auf Kupfer-Flexleiter, um kompakte, leichte und zuverlässige Geräte herzustellen, bei denen Leistung und Sicherheit oberste Priorität haben.
Da die neue Gerätegeneration intelligenter und stärker vernetzt ist, wird sie definitiv robuste und flexible Verbindungslösungen benötigen, was bedeutet, dass der Markt für solche Produkte zwangsläufig wachsen wird.
