Es gibt verschiedene Materialien, die zur Herstellung von Leiterplatten verwendet werden. Jedes hat seine Vor- und Nachteile, aber keines ist für jede Anwendung perfekt geeignet. Starre Polyimid-Leiterplatten beispielsweise finden in vielen Bereichen Anwendung, von der Luft- und Raumfahrt bis zur Automobilindustrie. Sie sind robust genug, um Stößen standzuhalten, die andere Arten von Leiterplatten zerbrechen würden, aber auch flexibel genug, um gebogen zu werden, ohne zu reißen oder zu brechen.
Schauen wir uns einmal an, warum Sie starre Polyimid-Leiterplatten gegenüber Alternativen wie Glas-Epoxid-Leiterplatten, FR-4-Leiterplatten und PEN-Epoxid-Hybrid-Leiterplatten bevorzugen könnten.
Was ist eine starre Polyimid-Leiterplatte?
Starre Polyimid-Leiterplatten werden aus Polyimid (PI) hergestellt. PI ist ein leistungsstarkes Polymer, das sowohl flexibel als auch robust ist. Es hält Stößen und hohen Temperaturen stand, ohne seine elektrischen Eigenschaften zu verlieren. Tatsächlich ist es die elektrisch langlebigste starre Leiterplatte auf dem Markt.
Vorteile von starren Polyimid-Leiterplatten
Es ist wichtig zu wissen, wann Polyimid-Leiterplatten verwendet werden sollten und wann nicht, da sie nur in bestimmten Situationen zum Einsatz kommen. Polyimid-Leiterplatten bieten einen oder mehrere der folgenden Vorteile:
1. Hohe Chemikalienbeständigkeit
Sie sind beständig gegen die meisten Säuren, Basen und Lösungsmittel. Sollte eine Chemikalie in die Leiterplatte eindringen, verursacht dies keine Schäden an der Leiterplatte. Sie sind außerdem sehr beständig gegen UV-Strahlen, sodass sie ohne Bedenken hinsichtlich einer Beschädigung durch UV-Strahlen im Freien verwendet werden können.
2. Hohe Festigkeit und Steifigkeit
Ungefülltes Polyimid hat eine Zugfestigkeit von mehr als 100 MPa und eine Filmsteifigkeit von über 170 MPa (Kapton). Die Schlagfestigkeit des thermoplastischen Polyimids (TPI) reicht von 261 Joule pro Quadratmeter bis zu 400 MPa (Upilex S). Als technischer Werkstoff hat es einen Elastizitätsmodul von typischerweise 3–4 GPa und eine Faserstarrheit von 200 GPa. Die Biphenylform von Polyimid (Upilex S) hat einen Elastizitätsmodul von 400 MPa. Theoretischen Analysen zufolge haben aus Pyromellitsäuredianhydrid und p-Phenylendiamin synthetisierte Fasern eine Festigkeit von 500 GPa und sind damit nur von Kohlenstofffasern übertroffen.
3. Hervorragende thermische Stabilität
Einer der Vorteile von starren Polyimid-Leiterplatten ist ihr hoher Schmelzpunkt, der sie widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen macht. Sie werden häufig in Bereichen eingesetzt, in denen andere Leiterplatten der Hitze nicht standhalten können. Außerdem sind sie flammhemmend, was sie zu einer sicheren Option für sensible Umgebungen wie Fabriken und Labore macht.
4. Statisch resistent
Statische Elektrizität ist ein erhebliches Problem für Ingenieure und Techniker, die mit empfindlichen Geräten arbeiten. Sensoren und andere Geräte können durch statische Elektrizität beschädigt werden. Statische Elektrizität kann auch empfindliche elektronische Bauteile auf Leiterplatten beschädigen. Polyimid-Leiterplatten sind aufgrund ihrer antistatischen Eigenschaften eine gute Wahl für alle Umgebungen.
5. Geringer dielektrischer Verlust
Polyimid hat ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 3,4 und einer Dielektrizitätskonstante von etwa 2,5 nach Fluor- oder Luftdispersion im Nanometerbereich. Es hat einen dielektrischen Verlust von 10-3, eine Durchschlagfestigkeit von 100-300 kV/m und einen Volumenwiderstand von 1017 Ω·cm. Diese Eigenschaften sorgen für eine hohe Leistung über einen breiten Temperatur- und Frequenzbereich.
6. Sicher und ungiftig
Die starre Polyimid-Leiterplatte ist sicher in der Anwendung und setzt keine schädlichen Dämpfe oder Giftstoffe frei. Tatsächlich wird Polyimid-Leiterplattenmaterial häufig in medizinischen Geräten verwendet, da es ungiftig und nicht reizend ist.
Arten von Polyimid-Leiterplatten
Es gibt drei Arten von starren Polyimid-Leiterplatten, von denen jede ihre eigenen Eigenschaften aufweist, um den Anforderungen bestimmter Anwendungen gerecht zu werden. Wie bei anderen Leiterplattenmaterialien hängt die Art der verwendeten Polyimid-Leiterplatte von der Anwendung ab.
Reine Polyimid-Leiterplatten
Reine Polyimid-Leiterplatten gehören zu den einfachsten und enthalten keine bromierten Flammschutzmittel. Im Gegensatz zu den meisten Materialien werden reine Polyimide positiv als frei von Flammschutzmitteln beschrieben. Da es so widerstandsfähig ist, ist reines Polyimid extrem flexibel und kann in einer Vielzahl von Elektro- und Kommunikationsgeräten eingesetzt werden.
Polyimid-Leiterplatten der 3. Generation
Reine Polyimide wurden durch Polyimide der 3. Generation ersetzt. Zusätzliche Additive verbessern ihre Feuerbeständigkeit. Dies ist auf ihre Entflammbarkeit zurückzuführen, die versehentliche elektrische Brände weniger wahrscheinlich macht. Die thermische Stabilität hingegen ist ein potenzielles Problem bei Polyimiden der 3. Generation, die einfacher herzustellen sind als reine Polyamide. Das Ergebnis ist eine höhere Fertigungsrate.
Gefüllte Polyimid-Leiterplatten
Ein Polyimid dieser Art ist mit mehrschichtigen Leiterplatten vergleichbar, da es mehrere Füllstoffe enthält. Der zusätzliche Füllstoff reduziert die Schrumpfung des Harzes. Da viele Leiterplatten aufgrund der Schrumpfung des Harzes Risse bekommen oder brüchig werden, ist die Schrumpfungsbeständigkeit von entscheidender Bedeutung. Mit Füllstoffen gefülltes Polyimid profitiert außerdem von einer hohen Langzeitzuverlässigkeit.
Low-Flow-Polyimid-Leiterplatten
Low-Flow-Polyimide sind nicht so flexibel wie Standard-Leiterplatten. Aufgrund dieser Einschränkung werden sie oft als starre Polyimid-Leiterplatten bezeichnet. Wenn schwierige Bedingungen dazu führen, dass normale flexible Leiterplatten versagen, können Low-Flow-Polyimide die Aufgabe übernehmen.
Wann sollte man starre Polyimid-Leiterplatten verwenden?
Polyimid-Leiterplatten werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter industrielle Automatisierung, Transportwesen, medizinische Geräte, Messtechnik und Elektronik.
● Elektrische Transformatoren und Kondensatoren
● Halbleiterbauelemente und Leiterplatten
● Motoren und Generatoren
● Elektronische Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen
● Luft- und Raumfahrt sowie Militär
Polyimid-Leiterplatte vs. FR4-Leiterplatte
Sowohl starre Polyimid- als auch FR-4-Leiterplatten bestehen innen aus Kupfer, ihre äußeren Schichten unterscheiden sich jedoch erheblich. FR-4-Leiterplatten haben außen eine Polyester-/Papierlaminierung, während Polyimid-Leiterplatten eine Polyimidbeschichtung aufweisen. Starre Polyimid-Leiterplatten sind wesentlich haltbarer als FR-4-Leiterplatten. Sie halten Stößen, Chemikalien und hohen Temperaturen stand, denen FR-4-Leiterplatten nicht gewachsen sind. FR-4-Leiterplatten sind jedoch flexibler als starre Polyimid-Leiterplatten und eignen sich daher besser für Anwendungen, bei denen häufiges Biegen erforderlich ist.
| Characteristic | FR4 PCB | Polyimide PCB |
| Tensile Strength | 70MPa | 170～400MPa |
| Operating Range | -50～110°C | -200～300°C |
| thermal cycling | good | better |
| elastic modulus | >2.4Gpa | 3-4GPa |
| specific gravity | 1.70-1.90g/cm³ | 1.60g/cm³ |
| relative permittivity | 5.5 | 2.5~3.4 |
Reverse Engineering von Polyimid-Leiterplatten
Sie können eine starre Polyimid-Leiterplatte rückentwickeln, um ein Design zu erstellen, das mit der ursprünglichen Leiterplatte kompatibel ist. Dies ist eine hervorragende Option, wenn Sie eine große Anzahl von Leiterplatten produzieren müssen, ohne in neue Design- oder Fertigungsprozesse investieren zu müssen.
Um eine Polyimid-Leiterplatte rückzuentwickeln, müssen Sie zunächst die Leiterplatte beschaffen. Wenn Sie keinen Zugang zu einem Muster haben, finden Sie oft Leiterplatten online zum Verkauf. Entfernen Sie als Nächstes die Komponenten und reinigen Sie die Leiterplatte. Erstellen Sie schließlich mit einer Bildbearbeitungssoftware ein digitales Bild der Leiterplatte. Dieses Bild können Sie dann zur Erstellung eines neuen Designs verwenden.
Als alternative Lösung können Sie auch unseren Reverse-Engineering-Service für Leiterplatten in Anspruch nehmen. Wir verfügen über mehr als 10 Jahre Erfahrung und mehr als 1000 erfolgreiche Fälle in diesem Bereich, sodass Sie genau das bekommen, was Sie brauchen.
Fazit
Starre Polyimid-Leiterplatten sind die stabilsten Leiterplatten, die es gibt. Sie halten Stößen stand, die andere Leiterplatten beschädigen würden, und sie widerstehen hohen Temperaturen, die FR-4-Leiterplatten zum Schmelzen bringen würden. Allerdings sind sie auch teurer und weniger flexibel als andere Arten von starren Leiterplatten. Wenn Sie eine extrem haltbare Leiterplatte benötigen, ist starres Polyimid die richtige Wahl. Wenn jedoch Flexibilität wichtig ist, sollten Sie sich für FR-4-Leiterplatten entscheiden.
