Coverlay vs. Lötmaske auf Flex-PCB: Käuferfreundliches Playbook (Spezifikationen, Risiken, Checkliste)

Die Wahl zwischen Deckschicht und Lötmaske ist die wichtigste Entscheidung für die mechanische Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit einer flexiblen Schaltung. Während die Lötmaske eine hohe Auflösungsdichte für die Komponentenmontage bietet, bietet nur die Polyimid-Deckschicht die robuste Spannungsfestigkeit und Flexibilität, die für dynamische Biegeanwendungen erforderlich sind. Dieser Leitfaden stellt Ingenieurteams und Käufern die Spezifikationen, Risikobewertungen und Entscheidungsmatrizen zur Verfügung, die sie zur Auswahl der richtigen Isolationsmethode für Flex PCB-Designs benötigen.

Wichtige Erkenntnisse

Dynamisch vs. Statisch: Für dynamisches Beugen (kontinuierliche Bewegung) ist eine Abdeckung erforderlich. Die flexible Lötmaske ist auf statische Anwendungen (zum Einbau gebogen) oder versteifte Bereiche beschränkt.
Mindeststegbreite: Die Lötmaske unterstützt feine Stege bis zu 0,1 mm (4 mil); Standardmäßig gebohrte Deckschichten erfordern normalerweise 0,6 mm bis 0,8 mm Stege, um ein Reißen während der Laminierung zu verhindern.
Klebstoffauspressung: Coverlay verwendet Acryl- oder Epoxidklebstoff, der 0,05 mm bis 0,2 mm auf die Pads fließen kann; Konstruktionen müssen diese „Ausquetschtoleranz“ im Ringring berücksichtigen.
Dielektrische Festigkeit: Die Polyimid-Deckschicht bietet im Vergleich zu Lötstopplacken eine bessere Isolierung (>3 kV/mil) und ist somit sicherer für Hochspannungsleiterbahnen.
Kostenauswirkungen: Lötmasken sind aufgrund des fotobebilderbaren Prozesses bei der Großserienproduktion im Allgemeinen 20–30 % günstiger, während für die Decklackierung mechanisches Bohren, Laserschneiden oder Stanzen erforderlich ist.
Hybrider Ansatz: Verwenden Sie bei komplexen Designs eine Deckschicht auf dem flexiblen „Schwanz“ und eine Lötmaske auf dem komponentendichten „Kopf“ (häufig versteift), um Zuverlässigkeit und Baugruppendichte in Einklang zu bringen.
Validierungstipp: Geben Sie in Ihren Akzeptanzkriterien immer IPC-TM-650 2.4.1 (Adhäsion) und IPC-TM-650 2.4.3 (Biegeermüdung) an, um sicherzustellen, dass die Isolierung nicht reißt oder delaminiert.

Umfang, Entscheidungskontext und Erfolgskriterien

Die Wahl zwischen Coverlay (einer laminierten Schicht aus Polyimid und Klebstoff) und einer Lötmaske (einer gedruckten, flüssigen, fotografisch bebilderbaren Tinte) wirkt sich auf die Widerstandsfähigkeit der Schaltung gegenüber mechanischer Beanspruchung und auf die Fähigkeit des Herstellers aus, Komponenten zusammenzubauen. Diese Entscheidung fällt normalerweise während der Stackup-Entwurfsphase oder einer frühen DFM-Überprüfung.

Erfolgskriterien:

Flexibilitätszyklen: Die Isolierung hält den angestrebten Biegezyklen (z. B. >100.000 Zyklen bei dynamischer Nutzung) ohne Rissbildung stand.
Montageausbeute: Keine Lötbrücken auf Fine-Pitch-Komponenten (z. B. 0,5-mm-Pitch-BGAs), die durch eine schlechte Isolationsregistrierung verursacht werden.
Elektrische Isolierung: Kein dielektrischer Durchschlag zwischen den Leiterbahnen, bestätigt durch Hi-Pot-Tests.

Grenzfälle:

Starr-Flex-Übergang: Bei Starr-Flex-Leiterplatten-Designs muss die Deckschicht leicht in den starren Abschnitt hineinragen (typischerweise 0,5 mm–1,0 mm), um den Spannungspunkt zu schützen, während auf den starren Schichten eine Lötmaske verwendet wird.
ZIF-Steckverbinder: Zero Insertion Force (ZIF)-Finger erfordern fast immer eine Abdeckung, um die spezifische Dickentoleranz (z. B. 0,3 mm ± 0,03 mm) einzuhalten, die für das Steckverbindergehäuse erforderlich ist.

Spezifikationen, die im Voraus definiert werden müssen (bevor Sie sich verpflichten)

Um technische Rückfragen (EQs) und Produktionsverzögerungen zu vermeiden, definieren Sie diese Parameter klar in Ihren Fertigungsnotizen.

Technischer Vergleich: Coverlay vs. flexible Lötmaske| Funktion | Polyimid-Deckschicht (Coverlay) | Flexible LPI-Lötmaske | Am besten, wenn | Kompromiss |

Checkliste für kritische Spezifikationen

Beziehen Sie diese 12+ Punkte in Ihre Fertigungszeichnung ein:

Materialtyp: Geben Sie ausdrücklich „Polyimid-Deckschicht“ oder „Flexible LPI-Lötmaske“ an. Sagen Sie nicht einfach „Maske“.
Deckschichtdicke: Standard ist 25 µm (1 mil) PI + 25 µm (1 mil) Klebstoff. Für eine höhere Flexibilität sind dünnere Optionen (12,5 µm) verfügbar.
Klebstofftyp: Geben Sie einen Klebstoff auf Acryl- oder Epoxidbasis an. Acryl ist Standard für Flex; Epoxidharz wird für Starr-Flex-Schnittstellen verwendet.
Lötmaskenfarbe: Grün ist Standard; Es sind schwarze oder weiße flexible Masken erhältlich, die jedoch möglicherweise spröder sind.
Öffnungsmethode (Coverlay): Geben Sie „CNC-Bohrer“, „Stanze“ oder „Laserschnitt“ an. Für feine Merkmale ist ein Laser erforderlich, der jedoch mehr kostet.
Auspresstoleranz: Definieren Sie ein akzeptables Auspressen des Klebstoffs (z. B. „Max. 0,2 mm auf dem Pad, 0 % auf der Kontaktfläche“).
Mindeststeg: Stellen Sie sicher, dass das Design den Mindeststeg für das ausgewählte Material erfüllt (z. B. 0,1 mm für Maske, 0,6 mm für gebohrte Deckschicht).
Ringförmiger Ring: Für die Abdeckung erhöhen Sie die Padgröße um 0,25 mm (10 mil) über den Bohrerdurchmesser hinaus, um die Registrierung und das Herausdrücken zu berücksichtigen.
Anforderungen an Dämme/Brücken: Wenn einzelne Lötdämme zwischen den Pads erforderlich sind, verwenden Sie eine Lötmaske oder eine lasergeschnittene Deckschicht.
Aushärtungsanforderungen: Geben Sie für die Lötmaske „Flexible Formulierung“ an, um sicherzustellen, dass es sich bei der Tinte nicht um standardmäßige starre FR4-Tinte handelt.
Kompatibilität der Oberflächenbeschaffenheit: Stellen Sie sicher, dass die Maske/Deckschicht mit ENIG, ENEPIG oder Immersion Silver kompatibel ist.
Versteifungsintegration: Definieren Sie, ob die Deckschicht unter oder über der Versteifung verläuft. (Normalerweise unter). Weitere Informationen finden Sie unter So entwerfen Sie eine Versteifung für eine flexible Leiterplatte.

Beispiel für einen flexiblen PCB-Stackup

Abbildung 1: Komplexer mehrschichtiger Flex-Aufbau. Beachten Sie die Verwendung einer Deckschicht auf den inneren Flexschichten zur dielektrischen Trennung.

Verwandte Ressourcen

Starre flexible Leiterplatte

Hauptrisiken (Ursachen, Früherkennung, Prävention)

Wenn die richtige Isolierung nicht ausgewählt wird, kommt es zu Ausfällen vor Ort. Hier sind die wichtigsten Risiken, die von einem kompetenten Flex-PCB-Hersteller gemanagt werden.

Pad-Kontamination (Ausquetschen)
- Grundursache: Während der Laminierung fließt Deckkleber auf das SMT-Pad.
- Erkennung: Sichtprüfung (Mikroskop) oder schlechte Lotbenetzung während der Montage.
- Vorbeugung: Design der Coverlay-Öffnungen 0,2 mm größer als das Pad; Verwenden Sie „Low-Flow“-Klebe-Prepregs; Verwenden Sie Laserschneiden für engere Toleranzen.
Risse in der Lötmaske
- Grundursache: Verwendung von standardmäßiger starrer LPI-Tinte auf einer flexiblen Platine oder Biegen eines flexiblen LPI über seine Dehnungsgrenze hinaus.
- Erkennung: Dornbiegetest (IPC-TM-650 2.4.3); Sichtbare Risse nach dem Reflow.
- Prävention: Geben Sie „Flexible LPI“ an (z. B. Taiyo PSR-9000-Serie); Maske auf statische Bereiche beschränken; Für dynamische Zonen Coverlay verwenden.
Lufteinschluss (Blasen/Hohlräume)
- Grundursache: Ungleichmäßige Kupfertopographie (z. B. 2 Unzen Kupfer), die verhindert, dass der Kleber der Deckschicht Lücken füllt.
- Erkennung: Sichtprüfung (weiße Flecken zwischen den Spuren); Querschnittsanalyse.
- Vorbeugung: Verwenden Sie eine ausreichende Klebstoffdicke (z. B. 50 µm Klebstoff für 35 µm Kupfer); Verwenden Sie Vakuumlaminierung.
Registrierungsfehler (Drill vs. Pad)
- Grundursache: Materialschrumpfung/-ausdehnung von Polyimid während der Verarbeitung (kann 0,1 % bis 0,3 % betragen).
- Erkennung: Ausbruch der Öffnung; freiliegendes Dielektrikum auf dem Pad.
- Prävention: Verwenden Sie Laser Direct Imaging (LDI) für die Maske; Verwenden Sie Laserschneiden für die Deckschicht. Wenden Sie Skalierungsfaktoren basierend auf der Materialstabilität auf Kunstwerke an.
Bruch am Coverlay-Rand verfolgen
- Ursache: Spannungskonzentration dort, wo die Deckschicht endet und die freiliegende Unterlage beginnt.
- Erkennung: Offener Stromkreis nach Vibrationstest.
- Vorbeugung: Verwenden Sie „tropfenförmige“ Pad-Formen; Ankerpolster mit Decküberlappung; Vermeiden Sie es, die Deckschicht genau an einem Belastungspunkt anzuhalten.
Unvollständige Entwicklung (Lötmaske)
- Ursache: Alte Tinte oder falsche UV-Belichtungsenergie.
- Erkennung: Maskenrückstände auf den Pads (Scumming); schlechte Lötbarkeit.
- Prävention: Lieferantenprozesskontrolle (Stouffer-Stufenkeiltest); Verwendung frischer Tinte.
ZIF-Steckerdicke stimmt nicht überein
- Ursache: Falsche Berechnung der Deckschichtdicke (ohne Berücksichtigung des Klebstoffflusses oder der Kupferdicke).
- Erkennung: Stecker ist zu locker oder zu fest; Kontaktfehler.
- Vorbeugung: Führen Sie eine Stapelberechnung einschließlich der Pressdicke durch. Geben Sie die Toleranz ±0,03 mm oder ±0,05 mm für die Kontaktfläche an.
Goldversprödung (ENIG)
- Ursache: Rückstände der Lötstoppmaske verhindern eine ordnungsgemäße Vernickelung/Vergoldung oder „Black Pad“.
- Erkennung: Brüchige Lötstellen; Scheitern des Schertests.
- Vorbeugung: Stellen Sie sicher, dass sich die Maske/Deckschicht vor dem Plattieren sauber entwickelt. Verwenden Sie eine aggressive Desmear-/Plasmareinigung.

Validierung und Akzeptanz (Tests und Bestehenskriterien)

Verlassen Sie sich nicht auf eine „Standardinspektion“. Definieren Sie diese spezifischen Tests für Ihre Flex-PCB-Materialauswahl.

Akzeptanzkriterientabelle

Testgegenstand	Methode	Bestehenskriterien	Probenahme
Sichtprüfung	IPC-6013 Klasse 2/3	Keine Blasen, Falten oder Risse. Auspresstiefe < 0,2 mm (oder pro Zeichnung).	100 %
Klebebandtest (Haftung)	IPC-TM-650 2.4.1	Bewertung 5B (0 % Entfernung der Maske/Deckschicht).	2 Platten / Los
Lötpaste	IPC-TM-650 2.4.13	10 Sek. bei 260 °C oder 288 °C. Keine Blasenbildung/Delamination.	1 Gutschein / Los
Dielektrische Beständigkeit	IPC-TM-650 2.5.7	Kein Ausfall bei angegebener Spannung (z. B. 500 V DC).	100 % (Nettoliste)
Biegeermüdung	IPC-TM-650 2.4.3	Keine Risse im Kupfer oder in der Isolierung nach X Zyklen (z. B. 10.000).	Erster Artikel (FAI)
Maßkontrolle	Bremssattel / OGP	Coverlay-Öffnungen innerhalb von ±0,1 mm (oder ±0,05 mm Laser).	AQL 1.0

Tipp zur Validierung: Für dynamische Anwendungen fordern Sie beim Hersteller einen „Flex Endurance Test“-Bericht unter Verwendung Ihres spezifischen Aufbaus (Kupfertyp + Deckschichtdicke) an. Walztgeglühtes vs. galvanisch abgeschiedenes Kupfer Das Verhalten ändert sich unter Deckschichtkompression erheblich.

Checkliste zur Lieferantenqualifizierung (RFQ, Audit, Rückverfolgbarkeit)

Wenn Sie einen Hersteller hinsichtlich der Coverlay-/Maskenfähigkeiten überprüfen, fragen Sie:- [ ] Schneidfähigkeit: Verfügen sie über hauseigene UV- oder CO2-Laser zum Schneiden von Deckblättern? (Unverzichtbar für feine Tonhöhen).

Laminierpresse: Werden Vakuumhydraulikpressen oder Autoklaven verwendet? (Vakuum ist erforderlich, um Luftblasen in der Deckschicht zu entfernen).
Materialbestand: Sind große Marken (Dupont Pyralux, Panasonic Felios) oder generische Äquivalente auf Lager?
Registrierungsgenauigkeit: Können sie eine Registrierung von ±0,05 mm für lasergeschnittene Deckschichten nachweisen?
Lötmaskentinte: Welche spezielle „Flexible LPI“-Tintenserie wird verwendet? (Überprüfen Sie das Datenblatt hinsichtlich des Biegeradius).
Plasmareinigung: Führen sie vor der Deckschichtlaminierung eine Plasmabehandlung durch, um die Haftung sicherzustellen?
DFM-Unterstützung: Wird eine „Squeeze-out“-Analyse der Gerber-Dateien bereitgestellt?
Rückverfolgbarkeit: Können sie die spezifische verwendete Klebstoff-/PI-Charge bis zur fertigen PCB-Charge zurückverfolgen?
Impedanzkontrolle: Erklären sie den Unterschied zwischen der Dielektrizitätskonstante zwischen Coverlay (Dk ~3,4) und Lötmaske (Dk ~3,5–4,0)?
Versteifungsausrichtung: Verfügen sie über eine automatische optische Ausrichtung zum Anbringen von Versteifungen über der Deckschicht?
Änderungskontrolle: Werden Sie benachrichtigt, bevor die Klebstoffmarke oder -stärke geändert wird?
Zertifizierungen: ISO 9001 ist mindestens; AS9100 oder ISO 13485 für Luft- und Raumfahrt/Medizin.

Wie man wählt (Kompromisse und Entscheidungsregeln)

Verwenden Sie diese Logik, um Ihre Entscheidung zwischen Coverlay und Lötmaske abzuschließen.

Entscheidungsmatrix

Priorität	Beste Wahl	Warum
Dynamische Flexibilität	Deckschicht	Polyimid hält Millionen von Biegezyklen stand; Maske reißt schnell.
Hohe Dichte (Fine Pitch)	Lötmaske (oder Laser-Coverlay)	Die Maske ermöglicht 0,1-mm-Bahnen. Für die Standarddeckschicht sind Stege mit einer Stärke von 0,6 mm und mehr erforderlich.
Kosten	Lötmaske	Der Fotoprozess ist schneller und kostengünstiger als das Bohren/Laminieren von Deckschichten.
Hochspannung	Deckschicht	Überragende Spannungsfestigkeit und Isolationseigenschaften.
Harte Umgebung	Deckschicht	Laminiertes PI ist chemisch beständiger als gedruckte Tinte.

10 Regeln für die Auswahl

Wenn sich die flexible Schaltung kontinuierlich (dynamisch) verbiegt, wählen Sie eine Polyimid-Abdeckung.
Wenn die flexible Schaltung „zur Installation gebogen“ (statisch) ist und die Kosten entscheidend sind, wählen Sie die flexible LPI-Lötmaske.
Wenn Sie Fine-Pitch-Komponenten (z. B. 0,5 mm BGA) auf dem Flex haben, wählen Sie eine Lötmaske (oder eine lasergeschnittene Abdeckung, wenn das Budget dies zulässt).
Wenn Sie definierte Lötdämme zwischen eng beieinander liegenden Pads benötigen, wählen Sie eine Lötmaske.
Wenn es sich bei der Anwendung um Hochspannung (>500 V) handelt, wählen Sie Coverlay für eine bessere Isolierung.
Wenn die Kupferdicke groß ist (>2 oz), wählen Sie eine Deckschicht mit dickem Kleber (2–3 mil), um Leiterbahnen ohne Hohlräume einzukapseln.
Wenn Sie eine ZIF-Anschlussschnittstelle entwerfen, wählen Sie Coverlay, um präzise Dicke und Reibungseigenschaften beizubehalten.
Wenn Sie aus optischen Gründen ein schwarz-mattes Finish benötigen, wählen Sie Black Coverlay (aber prüfen Sie den Preisaufschlag).
Wenn es sich bei dem Design um ein Starr-Flex-Design handelt, wählen Sie ein Coverlay für den flexiblen Abschnitt und eine Lötmaske für den starren Abschnitt.
Wenn Sie den absolut kleinsten Formfaktor benötigen, wählen Sie Laser-Cut Coverlay, um ringförmige Ringe und Stege zu minimieren.

Grenzausnahmen:

Ausnahme 1: Auch bei dynamischen Anwendungen können Sie eine Lötstoppmaske verwenden, wenn der maskierte Bereich vollständig versteift ist und sich niemals verbiegt.
Ausnahme 2: Sie können beides kombinieren. Verwenden Sie „Selective Coverlay“ für den Hauptflexkörper und fügen Sie „Selective Solder Mask“ nur um den Footprint der Fine-Pitch-Komponente hinzu (oft als „Bikini Coverlay“ bezeichnet).

Klebstoffloses flexibles PCB-Material

Abbildung 2: Klebstoffloses kupferkaschiertes Laminat. Bei der Verwendung von Coverlay mit diesem Material kommt der Klebstoff ausschließlich aus der Coverlay-Schicht.

FAQ (Kosten, Vorlaufzeit, DFM-Dateien, Materialien, Tests)

1. Kann ich eine starre Standard-Lötmaske auf einer flexiblen Leiterplatte verwenden, um Geld zu sparen? Nein. Die starre Standardmaske ist spröde und wird beim ersten Biegen reißen, wodurch möglicherweise die darunter liegenden Kupferbahnen durchtrennt werden. Geben Sie immer „Flexible LPI“ oder Coverlay an.2. Wie viel teurer ist eine lasergeschnittene Abdeckung im Vergleich zu einer gebohrten Abdeckung? Laserschneiden ist aufgrund der langsameren Maschinenzeit in der Regel 30–50 % teurer als CNC-Bohren/Stanzen.

Glossar (Schlüsselbegriffe)

Begriff	Bedeutung	Warum es in der Praxis wichtig ist
DFM	Design for Manufacturability: Layoutregeln, die Fehler reduzieren.	Verhindert Nacharbeiten, Verzögerungen und versteckte Kosten.
AOI	Automatische optische Inspektion zum Auffinden von Löt-/Montagefehlern.	Verbessert die Abdeckung und fängt frühzeitig entkommene Personen auf.
IKT	In-Circuit-Test, der Netze prüft, um Unterbrechungen/Kurzschlüsse/Werte zu überprüfen.	Schneller Strukturtest für Volumenaufbauten.
FCT	Funktionsschaltkreistest, der die Platine mit Strom versorgt und das Verhalten überprüft.	Validiert die tatsächliche Funktion unter Last.
Fliegende Sonde	Vorrichtungsloser elektrischer Test mit beweglichen Sonden auf Pads.	Gut für Prototypen und geringes/mittleres Volumen.
Netzliste	Konnektivitätsdefinition zum Vergleich von Design und hergestellter Leiterplatte.	Fängt Öffnungen/Kurzschlüsse vor dem Zusammenbau auf.
Stapel	Schichtaufbau mit Kernen/Prepreg, Kupfergewichten und Dicke.	Fördert Impedanz, Verformung und Zuverlässigkeit.
Impedanz	Kontrolliertes Trace-Verhalten für Hochgeschwindigkeits-/HF-Signale (z. B. 50 Ω).	Vermeidet Reflexionen und Signalintegritätsfehler.
ENIG	Chemisch vernickelte Oberfläche mit Immersionsgold.	Gleicht Lötbarkeit und Ebenheit aus; Nickeldicke beobachten.
OSP	Organisches Lötbarkeitskonservierungsmittel für die Oberflächenveredelung.	Niedrige Kosten; empfindlich gegenüber Handhabung und mehreren Rückflüssen.