Biegeradiusregeln für flexible Leiterplatten: Ein praktischer End-to-End-Leitfaden (von den Grundlagen bis zur Produktion)

Der Biegeradius einer flexiblen Leiterplatte ist die minimale Krümmung, die eine flexible Schaltung aushalten kann, ohne dass Leiter brechen, die Isolierung abblättert oder der Widerstand über die Toleranz hinaus ansteigt. Dabei handelt es sich nicht nur um einen geometrischen Vorschlag, sondern um eine kritische Zuverlässigkeitsbeschränkung, die von der Materialstärke, der Schichtanzahl und der Duktilität des Kupfers abhängt und speziell in den IPC-2223-Standards definiert ist. Die Nichtbeachtung dieser Regeln führt zu sofortigen Stromkreisunterbrechungen während der Installation oder zu latenten Ermüdungsausfällen im Feld.

Wichtige Erkenntnisse

Statisch vs. dynamisch: Statische Biegungen (passend installieren) erfordern normalerweise einen Radius von 10x der Schaltkreisdicke; Dynamische Biegungen (kontinuierliche Bewegung) erfordern 20x bis 40x.
Materialauswirkungen: Klebstofffreie Basismaterialien ermöglichen aufgrund der geringeren Gesamtdicke engere Biegeradien als Laminate auf Klebstoffbasis.
Kupferauswahl: Verwenden Sie gerolltes geglühtes (RA) Kupfer für dynamische Anwendungen; Galvanisch abgeschiedenes (ED) Kupfer ist im Allgemeinen auf statische Anwendungen beschränkt.
Neutrale Achse: Das zuverlässigste Design platziert die Leiterschicht genau in der Mitte des Stapels (der neutralen Achse), um Zug- und Druckkräfte zu minimieren.
Vermeidung von I-Trägern: Stapeln Sie Leiter niemals direkt übereinander auf benachbarten Schichten in einem Biegebereich. Dies erhöht die Steifigkeit und das Bruchrisiko.
Validierungstipp: Verwenden Sie vor der CAD-Finalisierung ein „Papierpuppen“-Modell mit der genauen Stapeldicke, um physisch zu überprüfen, ob der Biegeradius in das mechanische Gehäuse passt.
Kritischer Schwellenwert: Vermeiden Sie die Platzierung von plattierten Durchgangslöchern (PTH) oder Durchkontaktierungen innerhalb von 2,54 mm (100 mil) der Biegetangente.

Inhalt

Was es wirklich bedeutet (Umfang und Grenzen)
Maßnahmen, die wichtig sind (wie man sie bewertet)
Auswahl (Auswahlhilfe nach Szenario)
Implementierungskontrollpunkte (Design bis Fertigung)
Häufige Fehler (und der richtige Ansatz)
Fähigkeits- und Bestell-Snapshot
FAQ (Kosten, Lieferzeit, Materialien, Tests, Abnahmekriterien)
Glossar (Schlüsselbegriffe)

Was es wirklich bedeutet (Umfang und Grenzen)

Der Biegeradius ist streng definiert als der Abstand vom Mittelpunkt der Krümmung zur Oberfläche des flexiblen Schaltkreises auf der Innenseite der Biegung. Wenn sich ein Kreislauf biegt, erfahren die Materialien an der äußeren Kurve eine Spannung (Dehnung), während die Materialien an der inneren Kurve eine Kompression erfahren.

Wenn der Radius zu eng ist, überschreitet die äußere Kupferschicht ihre Duktilitätsgrenze und reißt (offener Stromkreis), oder die inneren Schichten verbeulen und delaminieren. Das Ziel der Einhaltung der Biegeradiusregeln für flexible Leiterplatten besteht darin, die Belastung der Kupferleiter unter der plastischen Verformungsschwelle zu halten.

Statisches vs. dynamisches Biegen

Statisch (Flex-to-Install): Der Schaltkreis wird während der Montage einmal gebogen und bleibt in dieser Position. Das Kupfer verträgt höhere Belastungen, da es Ermüdungszyklen nicht überstehen muss.
Dynamisch (Flex-to-Use): Der Schaltkreis verbiegt sich während des Betriebs wiederholt (z. B. ein Druckerkopfkabel oder ein Flip-Phone-Scharnier). Dies erfordert einen viel größeren Biegeradius und spezielle Materialien, um Millionen von Zyklen zu überstehen.

Wichtige Kennzahlen (wie man sie bewertet)

Der Industriestandard IPC-2223 bietet Basisverhältnisse für den minimalen Biegeradius basierend auf der Gesamtdicke des flexiblen Abschnitts.

Tabelle 1: IPC-2223 Empfohlene Biegeverhältnisse| Ebenenanzahl | Anwendungstyp | Mindestbiegeradiusverhältnis | Beispiel (Dicke = 0,15 mm) |

Tabelle 2: Materialstärkenbeiträge

Um das Verhältnis zu berechnen, müssen Sie die Dicke aller Schichten im Flexbereich summieren.

Materialkomponente	Typischer Dickenbereich	Notizen
Basis Polyimid (PI)	12,5 µm – 50 µm (0,5 – 2 mil)	Dünneres PI verbessert die Flexibilität.
Kupferfolie	12µm – 35µm (1/3 oz – 1 oz)	1/3 Unze oder 1/2 Unze bevorzugt für dynamischen Flex.
Kleber (falls verwendet)	12µm – 25µm (0,5 – 1 mil)	Klebstofflose Laminate reduzieren die Gesamtdicke um ca. 25–50 µm.
Deckschicht (PI + Kleber)	25µm – 50µm (1 – 2 mil)	Fügt erhebliche Steifigkeit hinzu; gezielt einsetzen.
EMI-Abschirmfolie	10µm – 18µm	Optional; Erhöht die Steifigkeit, ist jedoch geringer als bei Kupferplatten.

Warum es wichtig ist: Eine 4-lagige Flexplatine kann 0,4 mm dick sein. Ein 10-facher statischer Biegeradius würde 4 mm betragen. Wenn Ihr mechanisches Gehäuse nur einen Spalt von 2 mm zulässt, wird die Platine wahrscheinlich ausfallen.

So überprüfen Sie: Berechnen Sie Total Thickness x Multiplier. Vergleichen Sie dies mit dem mechanischen CAD-Spielraum.

So wählen Sie aus (Auswahlhilfe nach Szenario)

Beim Entwurf auf Flexibilität müssen Kompromisse zwischen elektrischer Leistung (Strom, Impedanz) und mechanischer Zuverlässigkeit eingegangen werden.

Vergleich: Auswahl des Kupfertyps

Faktor	Walzgeglüht (RA)	Galvanisch abgeschieden (ED)	Am besten, wenn	Kompromiss
Kornstruktur	Horizontal (lamellar)	Vertikal (säulenförmig)	Dynamisches Beugen	RA ist etwas teurer.
Dehnung	Hoch (20–45 %)	Mäßig (4-12 %)	Statisch / Starr-Flex	ED ist bei wiederholter Belastung spröde.
Oberflächenrauheit	Glatt	Rauer (bessere Haftung)	Feine Linie (<3 mil)	RA weist bei feinen Linien eine geringere Schälfestigkeit auf.
Ermüdungsbeständigkeit	Ausgezeichnet	Schlecht	Hohe Zyklenanzahl	RA erfordert eine sorgfältige Ausrichtung der Faserrichtung.

Entscheidungsmatrix: Stapelung und Konstruktion

Priorität	Beste Wahl	Warum
Maximale Flexibilität (dynamisch)	1-lagig, klebstofffrei	Dünnstes Profil; Kupfer liegt auf der neutralen Achse, wenn die Deckschicht symmetrisch ist.
Impedanzkontrolle	2-lagiger schraffierter Boden	Massive Kupferplatten sind zu steif; Kreuzschraffur reduziert die Steifigkeit um 30–50 %.
Hohe Ebenenanzahl	Buchbinder / Luftspalt	Durch die Trennung der Schichten können sie sich unabhängig voneinander verbiegen, wodurch der erforderliche effektive Radius verringert wird.
Kosten (nur statisch)	Laminat auf Klebstoffbasis	Standardmaterialien sind günstiger; Bei einmaligen Biegungen ist der Dickennachteil akzeptabel.
Hohe Temperatur	Klebstofflos	Eliminiert Acrylklebstoffe, die Probleme mit geringerer Tg- und Z-Achsen-Ausdehnung haben.

10 Regeln für die Auswahl (Wenn... Wählen...)1. Wenn die Anwendung dynamisch ist (>10.000 Zyklen), wählen Sie rollgeglühtes (RA) Kupfer; Ansonsten ist Electro-Deposited (ED) für die statische Installation akzeptabel.

Wenn der Biegeradius eng ist (<10x Dicke), wählen Sie klebstofffreie Basismaterialien, um die Gesamthöhe des Stapels zu reduzieren.
Wenn Sie eine Impedanzkontrolle in einem dynamischen Bereich benötigen, wählen Sie schraffierte Masseebenen; Ansonsten führen feste Flächen zu Steifheit und Rissbildung.
Wenn Sie mehr als 2 Schichten in einem Biegebereich haben, wählen Sie die Konstruktion „ungebunden“ oder „Luftspalt“. Andernfalls scheren die Schichten gegeneinander.
Wenn Komponenten in der Nähe einer Biegung gelötet werden, wählen Sie eine Versteifung, um die Biegung mindestens 1-2 mm von den Lötpads entfernt zu stoppen.
Wenn eine hohe Zyklenlebensdauer entscheidend ist, wählen Sie 1/3 Unze oder 1/2 Unze Kupfer; Ansonsten erhöht 1 Unze Kupfer die Steifigkeit und das Risiko einer Kaltverfestigung.
Wenn eine Deckschicht für dynamische Biegung erforderlich ist, wählen Sie eine Polyimid-Deckschicht; Andernfalls wird die flexible Lötmaske (LPI) bei ständiger Bewegung reißen.
Wenn die Flexbreite variiert, wählen Sie Tropfen am Übergang; Ansonsten zerreißen Stresskonzentratoren die PI-Basis.
Wenn Leiterbahnen durch eine Biegung verlaufen, wählen Sie die senkrechte Verlegung; Ansonsten unterliegen Leiterbahnen in Winkeln verdrehten Kräften.
Wenn ein feines Rastermaß (<3 mil / 75 µm) erforderlich ist, wählen Sie ED-Kupfer (fragen Sie beim Hersteller nach); Andernfalls kann es bei RA-Kupfer beim Ätzen zu Ausbeuteproblemen kommen.

Grenzausnahme: Für dynamische Anwendungen mit extrem hohem Strom benötigen Sie möglicherweise dickeres Kupfer. In diesem Fall muss der Biegeradius proportional zunehmen. Man kann die Physik nicht betrügen.

Implementierungskontrollpunkte (Design bis Fertigung)

Befolgen Sie diese Reihenfolge, um sicherzustellen, dass Ihr Design den Biegeradiusregeln für flexible Leiterplatten entspricht.

Definieren Sie mechanische Einschränkungen: Messen Sie den physischen Platz, der für die Biegeschleife im Gehäuse verfügbar ist.
- Akzeptanz: Verfügbarer Radius > Berechneter Mindestradius.
Materialstapel auswählen: Wählen Sie die PI-Dicke und das Kupfergewicht.
- Aktion: Gesamtdicke berechnen ($T$).
Mindestradius berechnen: IPC-Multiplikatoren anwenden (10x für statisch, 20x+ für dynamisch).
- Akzeptanz: $R_{min} = T \times Multiplikator$.
Kornrichtung festlegen: Geben Sie die Kornrichtung in der Fertigungszeichnung an.
- Aktion: Die Maserung muss senkrecht zur Biegelinie (parallel zu den Spuren) verlaufen.
Routenspuren: Verlegen Sie die Leiter senkrecht zur Biegung.
- Überprüfen Sie: Keine 45°- oder 90°-Kurven innerhalb der Biegezone.
Versetzte Leiter: Stellen Sie sicher, dass die oberen und unteren Leiterbahnen versetzt sind.
- Akzeptanz: Kein „I-Beam“-Stacking. Versatz um mindestens 1 Leiterbahnbreite.
Versteifungen definieren: Platzieren Sie Versteifungen, um die Biegung in den flexiblen Bereich zu zwingen.
- Überprüfen Sie: Die Kante der Versteifung muss 0,5 mm – 1,0 mm von der Biegetangente entfernt sein.
Trennstopper hinzufügen: Fügen Sie Kupfer- oder Schlitzlöcher an den Kanten des Flexarms hinzu.
- Akzeptanz: Verhindert die Ausbreitung von Rissen, wenn die Kante eingekerbt ist.
Mockup-Überprüfung: Erstellen Sie ein Mylar- oder Papiermodell des Flex.
- Aktion: Stellen Sie sicher, dass es ohne Knicken in das Gehäuse passt.
DFM-Überprüfung: Senden Sie Stapel- und Radiusdaten an den Flex-PCB-Hersteller.
- Akzeptanz: Der Hersteller bestätigt, dass der Aufbau die Flexibilitätsanforderungen erfüllt.

Flexible schlüsselfertige Leiterplattenfertigung

Häufige Fehler (und der richtige Ansatz)| Fehler | Auswirkungen | Richtiger Ansatz | So überprüfen Sie |

| :--- | :--- | :--- | :--- | | I-Träger-Konstruktion | Die Spuren auf der oberen/unteren Ebene sind perfekt ausgerichtet. Erhöht die Steifigkeit um das Dreifache; führt zum Bruch. | Staffelspuren auf benachbarten Schichten. | Überprüfen Sie die CAM/Gerber-Daten im Biegebereich. | | Biegung an der Versteifungskante | Stresskonzentrationspunkt; Kupferschere sofort. | Endversteifung 1,0 mm (40 mil), bevor die Biegung beginnt. | Überprüfen Sie den Abstand vom Steifenumriss zur Biegetangente. | | Lötmaske verwenden | Standard-LPI-Lötstopplack ist spröde und kann reißen/abblättern. | Verwenden Sie Polyimid-Deckschicht oder eine flexible fotoabbildbare Deckschicht. | Überprüfen Sie Materialnotizen in Fab Drawing. | | Durchkontaktierungen im Biegebereich | Beschichtete Fässer reißen unter Spannung/Druck. | Halten Sie die Durchkontaktierungen 2,5 mm (100 mil) vom Biegebereich entfernt. | Legen Sie CAD-Ausschlusszonen für Durchkontaktierungen in flexiblen Bereichen fest. | | Falsche Faserrichtung | Kupfer reißt entlang der Kornlinien vorzeitig. | Richten Sie die Maserung entlang der Länge der Leiter aus. | Hinweis hinzufügen: „Faserrichtung parallel zur Längsrichtung.“ | | Scharfe Kurven auf Gleisen | Spannungskonzentratoren führen zum Bruch der Spuren. | Verwenden Sie gekrümmte Verlegung (Bögen) anstelle von 45/90-Grad-Ecken. | Visuelle Kontrolle der Verlegung im Biegebereich. | | Klebestärke ignorieren | Eine Unterschätzung der Gesamtdicke des Stapels führt zu engeren Biegungen als geplant. | Berücksichtigen Sie bei der Berechnung der Gesamtdicke Klebeschichten (12–25 µm). | Sehen Sie sich das Stapeldiagramm sorgfältig an. | | Flugzeuge aus massivem Kupfer | Hohe Steifigkeit; Gefahr der Delaminierung. | Verwenden Sie schraffierte Ebenen (z. B. 0,2 mm Linie / 0,4 mm Abstand). | Überprüfen Sie die Ebenenfüllungseinstellungen im CAD. |

Fähigkeits- und Bestell-Snapshot

Bei der Bestellung flexibler Leiterplatten benötigt der Hersteller spezifische Daten, um sicherzustellen, dass die Biegeradiusregeln herstellbar sind.

Fähigkeitsreferenz

Parameter	Standardfähigkeit	Erweiterte Funktionen	Notizen
Ebenenanzahl	1-4 Schichten	6-10 Schichten	Hohe Schichten erfordern eine Luftspaltkonstruktion.
Min. Biegeradius	10x Dicke	6x Dicke	Erfordert klebstofffreie Materialien.
Grundmaterial	Klebstoffbasiertes PI	Klebstoffloser PI	Für enge Biegungen ist Klebstofflos besser geeignet.
Kupfergewicht	1/2 Unze, 1 Unze	1/3 Unze (12 µm)	Dünneres Kupfer = bessere Flexibilität.
Coverlay-Öffnung	0,2 mm	0,1 mm	Für feine Öffnungen ist ein Laserschneiden erforderlich.
Versteifungsmaterial	FR4, Polyimid	Edelstahl, Aluminium	Stahl für ultradünne Versteifungen.
Oberflächenbeschaffenheit	ENIG	ENEPIG, Immersionssilber	ENIG ist Standard für Flex.

Vorlaufzeit und Moq

Auftragsart	Typische Vorlaufzeit	Mindestbestellmenge	Schlüsseltreiber
Prototyp	5-8 Tage	5-10 Stück	Das Laserschneiden der Deckschicht beschleunigt den Prozess.
Kleine Charge	10-12 Tage	50-100 Stück	Die Erstellung harter Werkzeuge (Matrizen) erhöht die Zeit.
Produktion	15-20 Tage	500+ Stück	Die Materialverfügbarkeit (RA-Kupfer) wirkt sich auf die Durchlaufzeit aus.

RFQ-/DFM-Checkliste (was zu senden ist)

Gerber-Dateien: ODB++ oder RS-274X.
Aufbaudiagramm: Geben Sie ausdrücklich „Klebstofflos“ oder „Klebstoffbasiert“ und den Kupfertyp (RA/ED) an.
Biegeradius-Spezifikation: Geben Sie in den Fab Notes „Statisch“ oder „Dynamisch“ und den beabsichtigten Radius an.
Versteifungszeichnung: Markieren Sie deutlich die Positionen und Materialien der Versteifungen (FR4, PI, SS).
Oberflächenbeschaffenheit: ENIG wird wegen Ebenheit und Zuverlässigkeit empfohlen.
Deckschichttyp: Geben Sie „Polyimid-Deckschicht“ für flexible Bereiche an.
Tests: Fordern Sie bei Bedarf einen „100 % elektrischen Test“ und optional einen „Impedanztest“ an.
Menge: Prototyp vs. Produktionsvolumen (beeinflusst die Werkzeugauswahl).

FAQ (Kosten, Lieferzeit, Materialien, Tests, Abnahmekriterien)

1. Erhöht die Verwendung von walzengeglühtem (RA) Kupfer die Kosten? Ja, typischerweise um 10–15 % im Vergleich zu ED-Kupfer.

RA-Kupfer ist ein Spezialmaterial mit begrenzten Lieferanten.
Die Verarbeitung erfordert eine sorgfältige Handhabung, um die Kornstruktur zu erhalten.
Bei dynamischen Anwendungen überwiegen jedoch die Ausfallkosten bei ED-Kupfer die Materialeinsparungen bei weitem.2. Kann ich eine Lötmaske anstelle einer Deckschicht verwenden, um Geld zu sparen? Nur in statischen Bereichen, in denen keine Biegung auftritt.
Die Lötmaske ist spröde und wird im Biegeradius reißen.
Eine rissige Maske kann die darunter liegenden Kupferspuren zerschneiden.
Verwenden Sie für die flexiblen Abschnitte immer eine Polyimid-Deckschicht.

3. Wie entwerfe ich eine Versteifung für eine flexible Leiterplatte, ohne Spannungspunkte zu verursachen? Die Versteifung muss den Bauteilbereich stützen, aber vor Beginn der Biegung aufhören.

Überlappen Sie die Versteifung und die Deckschicht mindestens 0,5 mm.
Stellen Sie sicher, dass die Kante der Versteifung mindestens 1,0 mm von der Biegetangente entfernt ist.
Verwenden Sie eine Epoxidraupe (Zugentlastung) an der Kante der Versteifung, wenn Vibrationen ein Problem darstellen.

4. Was sind die Akzeptanzkriterien für einen Biegeradiustest? Für dynamischen Flex ist der Industriestandard der MIT Folding Endurance Test.

Die Probe wird mit einer bestimmten Geschwindigkeit und einem bestimmten Radius hin und her gebogen.
Bestanden: Widerstandsänderung < 10 % nach X Zyklen (z. B. 100.000).
Fehler: Offener Stromkreis, Kurzschluss oder dielektrische Delaminierung.

5. Warum wird bei mehrschichtigem Flex eine „Luftspalt“- oder „unverbundene“ Konstruktion verwendet? Es verringert die effektive Steifigkeit des Stapels.

Anstatt alle 4 Schichten miteinander zu verbinden, werden die Schichten 1-2 und 3-4 in der Biegezone getrennt.
Dadurch können die Schichten übereinander gleiten (knicken), anstatt sich als eine einzige dicke Einheit zu dehnen/stauchen.
Es verbessert die Flexibilität für mehrschichtige Designs erheblich.

6. Wie unterscheidet sich die Lieferzeit für Starr-Flex- und Standard-Flex-Produkte? Starrflex-Leiterplatten benötigen deutlich länger (15-25 Tage).

Sie beinhalten komplexe Laminierungszyklen (Kombination von FR4 und PI).
Fräs- und Beschichtungsprozesse sind komplizierter.
Standard-Flex (reines PI) ist schneller (5–10 Tage), da weniger Laminierungsschritte erforderlich sind.

7. Was ist die „Neutrale Achse“ und warum ist sie wichtig? Die neutrale Achse ist die Ebene innerhalb des Aufbaus, in der beim Biegen keine Spannung und keine Kompression auftritt.

Idealerweise sollten die Leiter auf der Neutralachse platziert werden.
Bei einem 1-lagigen Kabel mit gleichmäßiger Deckschicht auf Ober- und Unterseite ist der Leiter perfekt zentriert.
Dies maximiert die Lebensdauer des Leiters.

8. Kann ich Bauteile im Biegebereich platzieren? Nein.

Lötverbindungen sind starr und reißen beim Biegen sofort.
Keramikkondensatoren können brechen.
Komponenten müssen auf versteiften Bereichen (mit FR4- oder PI-Versteifungen) platziert werden, wo die Platine flach bleibt.

Glossar (Schlüsselbegriffe)

Begriff	Definition
Biegeradius	Der Abstand vom Krümmungsmittelpunkt zur Innenfläche des flexiblen Schaltkreises.
Neutrale Achse	Die Schicht im Stapel, die beim Biegen weder Druck noch Zug erfährt.
Walzgeglüht (RA)	Kupferfolie, die so behandelt wurde, dass sie eine horizontale Kornstruktur aufweist und so die Duktilität für dynamisches Biegen maximiert.
Galvanisch abgeschieden (ED)

Fazit

flex pcb bend radius rules gelingt am einfachsten, wenn Sie die Spezifikationen und den Verifizierungsplan frühzeitig definieren und diese dann durch DFM und Testabdeckung bestätigen. Verwenden Sie die oben genannten Regeln, Prüfpunkte und Fehlerbehebungsmuster, um Iterationsschleifen zu reduzieren und den Ertrag bei steigenden Volumina zu schützen. Wenn Sie sich über eine Einschränkung nicht sicher sind, validieren Sie sie mit einem kleinen Pilot-Build, bevor Sie die Produktionsversion sperren.