Eine Dehnungsberechnung kann zeigen, wo die neutrale Faser im angegebenen Schichtmodell liegt und welche Längsdehnung das Modell an ausgewählten Kupferpositionen in einem festgelegten Biegezustand vorhersagt. Für sich allein belegt sie weder einen sicheren Biegeradius noch die Lebensdauer bei wiederholter Bewegung, die Fertigungsabnahme oder die Qualifikation des fertigen Produkts. Bevor Sie ein Ergebnis für eine Konstruktionsfreigabe oder ein Lieferantengespräch heranziehen, prüfen Sie alle Eingaben zum Schichtaufbau und den Radiusbezug. Legen Sie anschließend Bewegung, Werkstoffe, Prüfnachweise und die zuständige Abnahmestelle fest, die durch die Berechnung offenbleiben.
Diese Seite hilft dabei, die Grenzen der Berechnung zu prüfen und die Unterlagen für eine technische Abstimmung vorzubereiten. Einen umfassenderen Überblick über Biegegeometrie und Freigabeentscheidungen bietet Regeln zum Biegeradius flexibler Leiterplatten. Für wiederholte Bewegung und die Planung der Zyklenlebensdauer siehe Lebensdauerplanung für dynamische Flexschaltungen. Beide Themen benötigen anwendungsspezifische Eingaben und Nachweise, die über die hier gezeigte lokale Berechnung hinausgehen.
Welche Angaben müssen vor der lokalen Dehnungsberechnung feststehen?
Ein Ergebnis für die neutrale Faser lässt sich nur dann einordnen, wenn Querschnitt und Koordinatensystem eindeutig festgelegt sind. Gehen Sie vom freigegebenen Aufbau und der definierten Biegung aus, nicht von einer nominellen Gesamtdicke oder einer angenommenen geometrischen Mittelebene.
| Festzulegende Eingabe | Benötigte Angaben für die Prüfung | Folge fehlender Angaben |
|---|---|---|
| Schichtaufbau | Jede Schicht in Reihenfolge, ihre Dicke, Werkstoffbezeichnung und gelenkte Revision, einschließlich Coverlay, Bondply oder Klebstoff, Kern, Kupfer, Abschirmung und lokaler Ergänzungen | Gesamtdicke und Steifigkeitsverteilung lassen sich nicht zuverlässig rekonstruieren |
| Schichtkoordinaten | Innere und äußere Bezugsfläche sowie jede Schichtgrenze, gemessen ab der angegebenen Innenfläche | Kupferlage und Abstand zur neutralen Faser sind nicht prüfbar |
| Mechanische Eigenschaften | Längsmodul samt zutreffender Quelle, Temperatur, Richtung und Werkstoffzustand für jede modellierte Schicht | Die steifigkeitsgewichtete Abschätzung der neutralen Faser bleibt ungeklärt |
| Kupferdarstellung | Kupferdicke, Lage, Kontinuität oder Muster sowie relevante Leiterbahngeometrie | Eine Berechnung mit durchgehender Kupferlage bildet strukturierte Leiter nicht zwingend ab |
| Breite und Modellform | Ob alle Schichten dieselbe modellierte Breite haben und ob ein lokaler balkenartiger Streifen eine vertretbare Vereinfachung darstellt | Die Breite kürzt sich möglicherweise nicht heraus; ein eindimensionales Modell kann wesentliche Effekte auslassen |
| Biegedefinition | Innenradius oder ein anderer ausdrücklicher Bezug, Biegerichtung, vorgegebener Zustand und Temperatur | Der Radius lässt sich nicht einheitlich in den Radius der neutralen Fläche umrechnen |
| Lokale Geometrie | Grenzen der Flexzone und benachbarte Aussparungen, Durchkontaktierungen, Pads, Versteifungen, Abschirmungen und Merkmale des Starrflex-Übergangs | Das Ergebnis für den lokalen Streifen sagt über diese Merkmale nichts aus |
| Versionsstand der Unterlagen | Revisionen von Zeichnung, Schichtaufbau, Werkstoffangaben und Analyse sowie jeweilige Freigabeverantwortliche | Das Ergebnis lässt sich nicht dem angebotenen oder freigegebenen Entwurf zuordnen |
Führen Sie unbekannte Angaben als offene Eingaben. Ersetzen Sie einen unbekannten Aufbau nicht durch eine vertraute Produktfamilie, einen Lieferantenstandard oder die Annahme eines symmetrischen Aufbaus, solange die zuständigen Beteiligten diesen Ersatz nicht ausdrücklich freigegeben haben.
Was berechnet ein lokales Modell der neutralen Faser?
Für einen geraden Streifen aus homogenen Schichten ergibt sich die längssteifigkeitsgewichtete Lage der neutralen Faser, gemessen ab der Innenfläche, unter den nachstehenden Annahmen zu
Dabei ist Ei der Längsmodul der Schicht, bi ihre modellierte Breite, ti ihre Dicke und yi die Koordinate ihres Schwerpunkts. Haben alle Schichten dieselbe Breite, kürzt sich die gemeinsame Breite in Zähler und Nenner heraus. Bei unterschiedlichen modellierten Breiten darf sie nicht weggelassen werden.
Ist der angegebene Biegeradius der Innenradius, lautet der Radius der neutralen Fläche in diesem Modell
Wenn die Koordinate von der Innenfläche zur Außenfläche zunimmt, ist die vorzeichenbehaftete lokale Längsdehnung an der Koordinate y
Negative Werte bedeuten Druck, positive Werte Zug – jeweils für die hier definierte Biegerichtung. Der Prozentwert ergibt sich, indem die dimensionslose Dehnung mit 100 multipliziert wird. Geben Sie an, ob ein Wert für die Kupfermitte oder eine Kupferoberfläche gilt: Eine Kupferschwerpunktlage bei null Dehnung bedeutet nicht, dass beide Kupferoberflächen dehnungsfrei sind.
Die folgenden Gleichungen werden ausschließlich auf zwei hypothetische Eingabesätze angewendet. Beide beschreiben einen anfangs geraden, 1 mm breiten lokalen Streifen mit durchgehendem Kupfer, homogenen Schichten, perfekter Haftung ohne Gleiten, ebenen Querschnitten, keiner axialen Resultierenden, gemeinsamer vorgegebener Zylinderkrümmung und Temperatur sowie linear-elastischen Längseigenschaften bei kleinen Dehnungen. Als Beispielwerte für die Module dienen PI 3.5 GPa, Klebstoff 1.2 GPa und Kupfer 110 GPa. Dies sind ausschließlich mathematische Eingaben; sie bezeichnen weder einen lagernden Werkstoff noch einen APT-Aufbau oder eine geprüfte Leiterplatte.
Was zeigen die beiden vollständigen hypothetischen Schichtaufbauten?
Für beide Beispiele ist ein Innenradius von 4000 µm angegeben. Die Schichtfolgen ergeben exakt die jeweils deklarierte Gesamtdicke. Die Tabelle zeigt alle Schichtgrenzen, gemessen ab der Innenfläche. So kann die prüfende Person Schwerpunktkoordinaten nachvollziehen und kontrollieren, ob durchgehend derselbe Radiusbezug verwendet wird.
| Fall | Schichtfolge ab Innenfläche (µm) | Angegebene und summierte Dicke |
|---|---|---|
| A | PI 0–25; Klebstoff 25–40; Kupfer 40–58; Klebstoff 58–73; PI 73–98 | 98 µm |
| B | PI-Coverlay 0–25; Klebstoff 25–40; inneres Kupfer 40–58; PI-Kern 58–102; äußeres Kupfer 102–120; Klebstoff 120–135; PI-Coverlay 135–160 | 160 µm |
Für Fall A liegt die steifigkeitsgewichtete Lage der neutralen Faser in der Modellrechnung 49 µm von der Innenfläche entfernt. Der Radius der neutralen Fläche beträgt somit 4049 µm. Das Kupfer reicht von 40 bis 58 µm; sein Schwerpunkt liegt bei 49 µm, sodass die berechnete Dehnung in der Kupfermitte null ist. An den beiden Kupferoberflächen betragen die vorzeichenbehafteten Werte −0.2222771054581378 % und +0.2222771054581378 %. Der größte Betrag an einer Kupferoberfläche in diesem vorgegebenen Zustand beträgt 0.2222771054581378 %.
Für Fall B ergibt die Modellrechnung y0 = 80 µm und einen Radius der neutralen Fläche von 4080 µm. Der Schwerpunkt des inneren Kupfers liegt bei 49 µm, der des äußeren bei 111 µm. Die berechneten Dehnungen in den jeweiligen Kupfermitten betragen −0.7598039215686274 % und +0.7598039215686274 %. Über beide Kupferlagen hinweg beträgt der größte Betrag an einer Oberfläche in diesem vorgegebenen Zustand 0.9803921568627451 %.
Der Vergleich veranschaulicht einen begrenzten geometrischen Sachverhalt: Bei genau diesen hypothetischen Eingaben unterscheiden sich die Kupferlagen relativ zur berechneten neutralen Faser. Er zeigt weder, dass ein realer einlagiger Entwurf zulässig wäre, noch, dass ein realer mehrlagiger Entwurf unzulässig wäre. Ebenso wenig belegt er, dass eine Änderung der Lagenzahl eine bestimmte Nutzungsdauer bewirkt. Die Werte sind Modellergebnisse, keine gemessenen Dehnungen, Prüfergebnisse, Grenzwerte oder Empfehlungen für einen Fertigungsradius.
Welche Verhaltensweisen erfasst diese Berechnung nicht?
Die Rechnung verwendet einen geraden lokalen Streifen mit homogenen Schichten, durchgehendem Kupfer, perfekter Haftung, ohne Gleiten, mit ebenen Querschnitten, ohne axiale Resultierende, bei gemeinsamer Zylinderkrümmung und Temperatur, kleinen Dehnungen und linear-elastischen Längseigenschaften. Nicht erfasst werden Poisson- oder Platteneffekte, Quer- oder Grenzflächenschub, Eigenspannungen, Plastizität, viskoelastisches Verhalten, freie Kanten, Details strukturierter Kupferflächen, wechselnde Breiten, Torsion, Montagezwänge oder das Verhalten des Starrflex-Übergangs.
Diese Auslassungen sind relevant. Tatsächliche Werkstoffeigenschaften und das Bauteilverhalten hängen vom bezeichneten Werkstoff, der Verarbeitung, Ausrichtung, Temperatur und Konstruktion ab. Eine Zeichnung kann Geometrien enthalten, die den lokalen Lastübergang verändern. Eine Bewegung kann die Richtung umkehren, Radius oder Geschwindigkeit ändern, sich mit Torsion überlagern oder sich durch Montage und Umgebung verändern. Der einzelne hier vorgegebene Zustand enthält weder einen Bewegungsverlauf noch Dehnungshub oder -amplitude, Prüfkörperdaten oder vergleichbare Ermüdungsergebnisse.
Daher liefert keines der Beispiele eine zulässige Dehnung, einen minimal qualifizierten Radius, eine Einstufung als sicher oder unsicher, eine Zyklenzahl, eine Ermüdungslebensdauerprognose, IPC-Konformität oder Systemqualifikation. Leiten Sie aus der Rechnung keines dieser Ergebnisse ab, indem Sie sie mit einem ungeprüften allgemeinen Prozentwert vergleichen.
Welche Nachweise beantworten die jeweiligen Freigabefragen?
Nutzen Sie die folgende Übergabe, um zu trennen, was eine lokale Berechnung beantworten kann und was durch Konstruktion, Werkstoffe, Fertigung, Anwendung, Prüfung und Produktbewertung bestätigt werden muss. Die verantwortliche Stelle ist für das konkrete Projekt zu benennen; aus den Tabellenzeilen folgt nicht, dass ein bestimmter Lieferant standardmäßig eine Prüfung oder ein Dokument bereitstellt.
| Freigabeentscheidung | Vorliegende oder einzureichende Angaben | Welche Frage kann der Nachweis beantworten? | Noch offen / zuständige Bestätigung |
|---|---|---|---|
| Berechnung des lokalen Querschnitts | Gelenkter Schichtaufbau, Koordinaten, Quellen der Werkstoffkennwerte, Kupferlagen, Radiusbezug und Analyseannahmen | Kann eine andere prüfende Person Lage der neutralen Faser und Dehnungswerte dieses Modells für einen einzelnen Zustand reproduzieren? | Die Konstruktionsverantwortlichen bestätigen den freigegebenen Aufbau und die vertretbare Modellvereinfachung |
| Werkstoff- und Prozesszustand | Genaues Laminat, Kupferfolienbezeichnung und -dicke, Ausrichtung, Klebstoffsystem, Verarbeitungszustand sowie zutreffende Datenblätter oder Aufzeichnungen | Entsprechen die modellierten Eigenschaften und der Aufbau dem spezifizierten Werkstoffzustand? | Werkstoff- und Fertigungsverantwortliche bestätigen den tatsächlich gelieferten und verarbeiteten Aufbau; aus dem Beispiel wird kein Werkstoff abgeleitet |
| Layout und Übergang | Gerber- oder ODB++-Daten, Flexzonendefinition, Leiterbahngeometrie, Coverlay, Abschirmungen, Durchkontaktierungen, Pads, Versteifungen und Details des Starrflex-Übergangs | Welche Merkmale benötigen eine gesonderte DFM-Prüfung oder lokale Analyse? | Konstruktion und CAM/DFM-Prüfung des Lieferanten beurteilen die Umsetzbarkeit anhand der freigegebenen Dateien und des Aufbaus |
| Bewegung und Umgebung | Montagezwänge, Bewegungsweg und -richtung, Radiusbezug und Toleranz, Bewegungsfolge oder -verlauf, Temperatur und weitere relevante Umgebungsbedingungen | Welche Verformungshistorie und Bedingungen soll eine aussagekräftige Bewertung nachbilden? | Die mechanische oder Systemverantwortung definiert die tatsächliche Nutzung; ein einzelner statischer Zustand kann dies nicht leisten |
| Prüfkörper und Überwachung | Vereinbarte Definition von Prüfkörper oder Baugruppe, Vorrichtung, Konditionierung, Last- oder Bewegungsprofil, Überwachungsmethode, Abbruch- oder Schadenskriterien, Stichprobenplan und Aufzeichnungsformat | Welches Ergebnis wurde am vereinbarten Prüfkörper nach dem vereinbarten Verfahren beobachtet? | Qualität, Konstruktion und Lieferant vereinbaren Methode, Zuständigkeiten, Abnahme und Berichterstattung im Voraus; hier werden keine Versuchsergebnisse angegeben |
| Produktqualifikation und Änderungen | Zutreffende Beschaffungsspezifikation, vorgesehene Produktanwendung, Qualifikationsplan, Abnahmebefugnis sowie Revisions- und Änderungslenkung | Erfüllen die abgeschlossenen Nachweise die spezifizierte Anforderung des Käufers für Produkt und Revision? | Käufer und Qualifikationsstelle entscheiden über Abnahme und Eignung des Systems; die lokale Dehnungsrechnung erteilt keine Freigabe |
IPC-Dokumente haben unterschiedliche Aufgaben, die jeweils ihrem Geltungsbereich zugeordnet bleiben müssen. Der öffentlich einsehbare Geltungsbereich von IPC-2223D (September 2016) beschreibt eine abschnittsbezogene Konstruktionsnorm für flexible und starrflexible Leiterplatten. Der öffentliche Geltungsbereich von IPC-6013E (September 2021) beschreibt Qualifikations- und Leistungsanforderungen an flexible und starrflexible Leiterplatten; Anwendungsanforderungen werden in den Beschaffungsunterlagen festgelegt. Diese datierten öffentlichen Geltungsbereiche belegen weder die Konformität dieses Beispiels noch einen allgemeinen zulässigen Dehnungs- oder Radiuswert und stellen keine Aussage zur neuesten Revision dar. Prüfen Sie bei einem konkreten Projekt die vertraglich geltende Ausgabe und die vollständigen Anforderungen.
Ein veröffentlichtes Verfahren IPC-TM-650 2.4.3.2 Rev C beschreibt einen Biegeversuch an flexiblen Leiterplattenmaterialien und die Messung elektrischer Unterbrechungen unter den festgelegten Proben- und Prüfbedingungen. Ein Verfahren ist kein Prüfergebnis für die zu entwickelnde Leiterplatte und liefert keine Lebensdauerprognose für einen anderen Aufbau oder Bewegungsverlauf. Legen Sie jedes Prüfverfahren und die Abnahmekriterien für die konkrete Anwendung mit den zuständigen Qualitäts- und Konstruktionsverantwortlichen fest.
Was gehört in ein Lieferantengespräch oder eine Angebotsanfrage?
Übermitteln Sie ein gelenktes Unterlagenpaket, anhand dessen der Lieferant den zu prüfenden Entwurf identifizieren kann und beide Seiten den Prüfungsumfang festlegen. Bitten Sie um eine schriftliche Antwort zu Umfang und angeforderten Nachweisen. Gehen Sie erst dann davon aus, dass Analyse, Qualifikationsprüfung oder Bericht enthalten sind, wenn dies im Angebot oder in der Vereinbarung steht.
- Freigegebene Gerber- oder ODB++-Daten, Fertigungszeichnung, Montagezwänge, Revisionskennungen und bestehende DFM-Fragen.
- Gelenkter Starrflex-Schichtaufbau mit Angabe jeder Schicht, Dicke, Kupferlage und -struktur, Coverlay, Klebstoff oder Bondply, Abschirmung, Versteifung und lokalem Übergangsmerkmal.
- Werkstoff- und Kupferbezeichnungen, Quellen der Kennwerte und zutreffende Bedingungen, etwaige Anforderungen an die Folienausrichtung sowie erforderliche Aufzeichnungen zur Bestätigung des gelieferten Aufbaus.
- Biegedefinition: Innenradius oder anderer Radiusbezug, Toleranzen, Richtung, Grenzen der Flexzone, Montagezustand, Bewegungsweg und -verlauf, Temperatur und sonstige festgelegte Umgebungsbedingungen.
- Die genaue Frage an jede beteiligte Stelle: Prüfung der Berechnung, Herstellbarkeits-/DFM-Prüfung, Werkstoffbestätigung, Prüfplanung, Prüfdurchführung oder Unterstützung bei der Produktqualifikation.
- Falls Prüfungen zum Umfang gehören: vereinbarter Prüfkörper, Vorrichtung, Konditionierung, Bewegungsprofil, Überwachung und Ausfallkriterien, Stichprobenplan, Berichtsinhalte, Abnahmebefugnis und Änderungslenkung.
- Eindeutige Liste der Liefergegenstände, Ausschlüsse, zuständigen Prüfenden, Angebotsannahmen und des Zeitpunkts, ab dem ein geänderter Schichtaufbau oder Entwurf eine erneute Prüfung erfordert.
Für komplexe HDI-Mikrovia-Integration oder eine Abstimmung zum Fertigungsumfang sind die Starrflex-Fertigungsmöglichkeiten von APTPCB und die Fertigungsmöglichkeiten für starre Leiterplatten passende weiterführende Seiten. Ihre Verknüpfung belegt nicht, dass ein bestimmter Schichtaufbau, eine Berechnung, Prüfung oder Qualifikation verfügbar oder im Angebot enthalten ist. Ergänzenden Kontext zur Stromführung in starren Bereichen bietet die Seite Entwurf und Dimensionierung von Heavy-Copper-Leiterplatten.
Häufige Fragen
Ist die Dehnung des Kupfers null, wenn seine Mitte auf der neutralen Faser liegt?
In der angegebenen Modellrechnung ist die Dehnung an dieser Koordinate null. Das Kupfer erstreckt sich auf beiden Seiten seiner Mitte; deshalb können an den beiden Oberflächen Zug- und Druckdehnungen auftreten. Prüfen Sie auch die Schichtflächen und nicht nur den Schwerpunkt.
Kann ich den Innenradius anstelle des Radius der neutralen Fläche einsetzen?
Nicht in den hier verwendeten Gleichungen. Das Modell definiert den Radius der neutralen Fläche als Innenradius zuzüglich des Abstands der neutralen Faser von der Innenfläche. Halten Sie den Radiusbezug beim Vergleich von Berechnungen eindeutig fest.
Liefert ein Ergebnis für einen Biegezustand den zyklischen Dehnungshub oder die Ermüdungslebensdauer?
Nein. Es beschreibt die lokale Dehnung in einem vorgegebenen Zustand unter den genannten Annahmen. Für zyklischen Dehnungshub und Lebensdauer sind die tatsächliche Bewegung sowie passende Werkstoff- und Prüfnachweise für Aufbau und Anwendung erforderlich.
Bedeutet ein übereinstimmender Dehnungswert, dass zwei Aufbauten dieselbe Lebensdauer haben?
Nein. Das Modell berücksichtigt nicht alle Werkstoff-, Prozess-, Geometrie-, Belastungs- und Umgebungsfaktoren, die eine reale Baugruppe beeinflussen. Es enthält keine vergleichbaren Ermüdungsdaten, aus denen sich eine Lebensdauer ableiten ließe.
Wer gibt Berechnung, Prüfung und Produktanforderung frei?
Die Konstruktionsverantwortlichen bestätigen Aufbau und Modellumfang; Käufer und Lieferant vereinbaren Angebotsumfang und Nachweisverantwortung; die zuständige Qualitäts- oder Produktstelle legt die Qualifikationsanforderungen fest und nimmt sie ab. Eine lokale Berechnung ersetzt diese Freigaben nicht.
Was legt IPC-2223 für dieses Beispiel fest?
Der angegebene öffentliche Geltungsbereich beschreibt IPC-2223D als abschnittsbezogene Konstruktionsnorm für flexible und starrflexible Leiterplatten. Er belegt nicht, dass diese hypothetischen Berechnungen eine allgemeine Anforderung an Radius, Dehnung, Zyklenlebensdauer oder Produktabnahme erfüllen. Prüfen Sie Ausgabe und vollständige vertragliche Anforderungen des Projekts.
Öffentliche Quellen
- IPC, IPC-2223D: Sectional Design Standard for Flexible/Rigid-Flexible Printed Boards, öffentlicher Geltungsbereich / Inhaltsverzeichnis, September 2016: ipc.org/TOC/IPC-2223D.pdf.
- IPC, IPC-6013E: Qualification and Performance Specification for Flexible/Rigid-Flexible Printed Boards, öffentlicher Geltungsbereich / Inhaltsverzeichnis, September 2021: ipc.org/TOC/IPC-6013E-EN_TOC.pdf.
- IPC, IPC-TM-650 2.4.3.2, Rev C, März 1991, Biegeversuchsverfahren für flexible Leiterplattenmaterialien: IPC-Prüfverfahrensdokument. Zitiert wird der Geltungsbereich des Verfahrens, nicht ein Prüfergebnis für eines der hypothetischen Beispiele.