Jede Flex-PCB beginnt als Rolle aus Polyimidfolie und Kupferfolie. Nach zwölf Fertigungsschritten entsteht daraus eine Schaltung, die sich tausende Male biegen lässt, ohne zu versagen. Wer diesen Prozess versteht, kann seine Designs fertigungsgerecht auslegen, Produktionskosten senken und Verzögerungen durch vermeidbare Designfehler verhindern.

Dieser Leitfaden führt durch jeden einzelnen Schritt der Flex-PCB-Fertigung — von der Materialvorbereitung bis zur elektrischen Endprüfung — damit Sie genau wissen, was mit Ihrem Design passiert, nachdem Sie die Gerber-Daten eingereicht haben.

Warum sich die Flex-PCB-Fertigung von der Starr-PCB-Produktion unterscheidet

Starre Leiterplatten bestehen aus glasfaserverstärktem Epoxid (FR-4), das sich problemlos auf Fördersystemen und in automatisierten Handhabungsanlagen transportieren lässt. Flex-PCBs verwenden hingegen dünne Polyimidfolie — typischerweise 12,5 bis 50 Mikrometer dick — die spezielle Vorrichtungen, sorgfältige Handhabung und Prozessanpassungen in nahezu jeder Fertigungsstufe erfordert.

Parameter	Starr-PCB-Fertigung	Flex-PCB-Fertigung
Basismaterial	FR-4 (1,6 mm Standard)	Polyimidfolie (25–50 µm)
Panelhandhabung	Förderband, Vakuum, Klemmen	Spezialvorrichtungen, manuelle Handhabung
Schutzschicht	Flüssiger Lötstopplack (LPI)	Coverlay (PI-Folie + Klebstoff)
Bohren	Mechanisch + Laser	Überwiegend Laser (dünneres Material)
Registrierung	Stiftbasierte Werkzeuge	Optische Ausrichtungssysteme
Ausschussempfindlichkeit	Mittel	Hoch (dünne Materialien beschädigen leicht)

Die Materialhandhabung verursacht den größten Anteil am Produktionsausschuss in der Flex-PCB-Fertigung. Dünne, nicht gestützte Materialien knittern, dehnen sich und reißen weitaus leichter als starre Panels — deshalb investieren erfahrene Flex-Hersteller erheblich in maßgeschneiderte Handhabungssysteme.

„Der Flex-PCB-Fertigungsprozess dreht sich im Kern darum, dünne, flexible Materialien in jedem Schritt unter Kontrolle zu halten. Wenn ich Kunden durch unsere Fertigungshalle führe, fällt ihnen als Erstes die spezialisierte Handhabung an jeder Station auf — man kann Flex-Schaltungen nicht auf einer Standard-Starr-PCB-Linie fertigen und akzeptable Ausbeuten erwarten."

— Hommer Zhao, Engineering Director bei FlexiPCB

Schritt 1: Materialvorbereitung und Wareneingangsprüfung

Der Prozess beginnt mit der Qualitätsprüfung der eingehenden Rohmaterialien:

Polyimidfolie (Kapton oder gleichwertig): Geprüft auf Dickengleichmäßigkeit (±5 %), Oberflächendefekte und Feuchtigkeitsgehalt
Kupferfolie: Verifiziert hinsichtlich Typ (gewalzt-geglüht oder galvanisch abgeschieden), Dickentoleranzen und Oberflächenrauheit
Klebstoffsysteme: Getestet auf Haltbarkeit, Haftstärke und Fließeigenschaften
Coverlay-Folie: Kontrolliert auf Dicke und Klebstoffabdeckung

Gewalzt-geglühtes (RA) Kupfer wird für dynamische Flex-Anwendungen spezifiziert, da seine langgestreckte Kornstruktur Ermüdungsrissen widersteht. Galvanisch abgeschiedenes (ED) Kupfer kostet 20–30 % weniger und ist für statische Flex-Designs ausreichend.

Materialien werden in klimatisierten Räumen gelagert (23 °C ± 2 °C, 50 % ± 5 % rF), um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die bei der Laminierung zu Delamination führt.

Schritt 2: Herstellung des kupferkaschierten Laminats

Die Kupferfolie wird mit einer von zwei Methoden auf das Polyimid-Basismaterial aufgebracht:

Klebstoffbasierte Laminierung: Eine Acryl- oder Epoxid-Klebstoffschicht (typischerweise 12–25 µm) verbindet das Kupfer mit dem Polyimid. Dies ist die gängigste und kosteneffizienteste Methode.

Klebstofffreie Laminierung: Kupfer wird durch Sputtern und Galvanisieren direkt auf das Polyimid aufgebracht, oder gegossenes Polyimid wird direkt auf das Kupfer appliziert. Dies ergibt dünnere, flexiblere Laminate mit besseren thermischen Eigenschaften.

Eigenschaft	Klebstoffbasiert	Klebstofffrei
Gesamtdicke	Dicker (zusätzliche Klebstoffschicht)	Dünner (kein Klebstoff)
Flexibilität	Gut	Besser
Thermische Stabilität	Bis 105 °C (Acrylklebstoff)	Bis 260 °C+
Dimensionsstabilität	Mittel	Hoch
Kosten	Niedriger	30–50 % höher
Ideal für	Unterhaltungselektronik, statische Flex	Hochzuverlässig, dynamische Flex

Das resultierende kupferkaschierte Laminat (CCL) bildet das Ausgangspanel für die Schaltungsfertigung.

Schritt 3: Bohren

Bohrungen für Vias, Durchkontaktierungen und Ausrichtungsmerkmale werden vor der Schaltungsstrukturierung erstellt. Flex-PCBs verwenden hauptsächlich zwei Bohrmethoden:

Laserbohren eignet sich für Mikrovias (unter 150 µm) sowie Blind- und Buried-Vias. UV-Lasersysteme erreichen eine Positionsgenauigkeit von ±15 µm und erzeugen saubere Löcher ohne mechanische Belastung des dünnen Substrats.

Mechanisches Bohren wird für Durchgangslöcher über 200 µm eingesetzt. Einlage- und Unterlage-Materialien schützen das flexible Panel beim Bohren und verhindern Grate.

Die Bohrregistrierung ist bei Flex-Panels schwieriger als bei starren Platinen. Die Panels müssen fixiert werden, um Bewegungen zu verhindern, und optische Ausrichtungssysteme verifizieren die Lochpositionen anhand der Designdaten.

Typische Bohrparameter für Flex-PCBs:

Merkmal	Durchmesserbereich	Methode	Positionsgenauigkeit
Mikrovias	25–150 µm	UV/CO₂-Laser	±15 µm
Durchgangslöcher	200–500 µm	Mechanisches Bohren	±25 µm
Werkzeuglöcher	1,0–3,0 mm	Mechanisches Bohren	±50 µm

Schritt 4: Desmear und stromlose Kupferabscheidung

Nach dem Bohren überzieht Harzschmier vom Polyimidsubstrat die Innenwände der gebohrten Löcher. Dieser Schmier muss entfernt werden, um eine zuverlässige Kupferbeschichtung sicherzustellen:

Desmear-Prozess: Eine Permanganat- oder Plasmabehandlung entfernt Harzrückstände von den Lochwänden
Stromlose Kupferabscheidung: Eine dünne Keimschicht (0,3–0,5 µm) Kupfer wird chemisch auf die Lochwände aufgebracht, um sie leitfähig zu machen
Galvanische Kupferabscheidung: Zusätzliches Kupfer (typischerweise 18–25 µm) wird galvanisch aufgebracht, um die Ziel-Lochwanddicke zu erreichen

Der Desmear-Schritt ist entscheidend — unvollständige Harzentfernung führt zu schwacher Kupferhaftung und intermittierenden elektrischen Ausfällen, die erst nach thermischer Wechselbelastung oder mechanischer Beanspruchung auftreten.

Schritt 5: Photolithographie (Schaltungsmuster-Übertragung)

In diesem Schritt wird Ihr Gerber-Design auf die Kupferoberfläche übertragen:

Trockenfilm-Laminierung: Ein lichtempfindlicher Trockenfilm-Resist wird unter kontrollierten Temperatur- und Druckbedingungen auf die Kupferoberfläche laminiert
Belichtung: UV-Licht durchdringt ein Fototool (oder Direkt-Imaging schreibt das Muster), um den Resist in den Bereichen zu polymerisieren, die zu Leiterbahnen werden
Entwicklung: Nicht belichteter Resist wird in einer Natriumcarbonatlösung aufgelöst und legt das zu ätzende Kupfer frei

Laser-Direkt-Imaging (LDI) hat filmbasierte Fototools bei Flex-PCBs weitgehend abgelöst. LDI erreicht eine Leiterbahn-/Abstandsauflösung bis zu 25/25 µm und eliminiert Filmregistrierungsfehler.

„Die Photolithographie ist der Moment, in dem Ihr Design Wirklichkeit wird. Die Auflösungsfähigkeit dieses Schritts bestimmt die Grenze für Ihre feinsten Leiterbahnen und Abstände. Bei Standard-Flex-PCBs erreichen wir routinemäßig 50/50 µm Leiterbahn/Abstand. Für HDI-Flex gehen wir mit Direkt-Imaging bis auf 25/25 µm."

— Hommer Zhao, Engineering Director bei FlexiPCB

Schritt 6: Ätzen

Beim chemischen Ätzen wird Kupfer aus den nicht durch das Resistmuster geschützten Bereichen entfernt:

Ätzchemie: Kupfer(II)-chlorid (CuCl₂) oder ammoniakalische Ätzlösung löst freiliegendes Kupfer auf
Sprühätzen: Hochdruck-Sprühdüsen gewährleisten gleichmäßige Ätzraten über das gesamte Panel
Ätzfaktor: Das Verhältnis von vertikalem Ätzabtrag zu seitlichem Unterätzen — bessere Ätzfaktoren bedeuten schärfere Leiterbahnkanten

Nach dem Ätzen wird der verbleibende Photoresist gestrippt, und das fertige Kupfer-Schaltungsmuster auf dem Polyimidsubstrat liegt frei.

Ätzgleichmäßigkeit ist bei Flex-PCBs wichtiger als bei starren Platinen, da das dünnere Kupfer (oft 1/3 oz oder 12 µm) weniger Spielraum für Überätzung bietet. Eine Überätzung von 5 µm auf einer 12-µm-Kupferleiterbahn reduziert den Querschnitt um 40 %.

Schritt 7: Automatische Optische Inspektion (AOI)

Nach dem Ätzen durchläuft jedes Panel eine automatische optische Inspektion, um Defekte zu erkennen, bevor sie teure Nacharbeit verursachen:

Unterbrechungen: Gebrochene Leiterbahnen durch Überätzung oder Resistfehler
Kurzschlüsse: Kupferbrücken zwischen benachbarten Leiterbahnen durch Unterätzung
Breitenverletzungen: Leiterbahnen, die schmaler oder breiter als die Designspezifikation sind
Restring-Defekte: Unzureichendes Kupfer um Bohrlöcher

AOI-Systeme fotografieren das Panel in hoher Auflösung und vergleichen das Ergebnis mit den Original-Gerber-Daten. Defekte werden zur Überprüfung durch den Bediener markiert. Einen Fehler in diesem Stadium zu erkennen, kostet Centbeträge — ihn zu übersehen bedeutet, eine fertige Platine im Wert von mehreren Euro zu verschrotten.

Schritt 8: Coverlay-Laminierung

Hier unterscheidet sich die Flex-PCB-Fertigung am stärksten von der Starr-PCB-Produktion. Statt flüssigem photoimaginierbarem Lötstopplack verwenden Flex-PCBs eine feste Coverlay-Folie:

Coverlay-Vorbereitung: Polyimidfolie mit vorappliziertem Klebstoff wird mittels Laser- oder mechanischem Schneiden zugeschnitten. Öffnungen für Pads, Testpunkte und Steckverbinder werden präzise ausgeschnitten
Ausrichtung: Das Coverlay wird optisch auf das Schaltungsmuster ausgerichtet
Laminierung: Wärme (160–180 °C) und Druck (15–30 kg/cm²) verbinden das Coverlay über die Klebstoffschicht mit der Schaltung
Aushärtung: Der Klebstoff vernetzt während eines kontrollierten thermischen Zyklus vollständig

Coverlay bietet eine deutlich bessere Biegelebensdauer als flüssiger Lötstopplack, da die feste Polyimidfolie sich mit der Schaltung biegt, anstatt zu reißen. Bei dynamischen Flex-Anwendungen ist Coverlay zwingend erforderlich — flüssiger Lötstopplack reißt bereits nach wenigen hundert Biegezyklen.

Eigenschaft	Coverlay (PI-Folie)	Flüssiger Lötstopplack
Biegefestigkeit	100.000+ Zyklen	< 500 Zyklen
Minimale Öffnung	200 µm	75 µm
Aufbringung	Folienlaminierung	Siebdruck / Sprühen
Registrierung	Optische Ausrichtung	Selbstausrichtend
Kosten	Höher	Niedriger
Ideal für	Dynamische Flex, Hochzuverlässigkeit	Starre Bereiche von Starr-Flex

Schritt 9: Oberflächenveredelung

Die freiliegenden Kupferpads benötigen eine schützende Oberflächenveredelung, um Lötbarkeit sicherzustellen und Oxidation zu verhindern:

Oberflächenveredelung	Dicke	Haltbarkeit	Ideal für
ENIG (Chemisch Nickel/Immersionsgold)	3–5 µm Ni + 0,05–0,1 µm Au	12+ Monate	Fine Pitch, Drahtbonden
Immersionszinn	0,8–1,2 µm	6 Monate	Kostensensitiv, gute Lötbarkeit
Immersionssilber	0,1–0,3 µm	6 Monate	Hochfrequenz, flache Oberfläche
OSP (Organischer Lötbarkeitsschutz)	0,2–0,5 µm	3 Monate	Kurze Haltbarkeit OK, niedrigste Kosten
Hartgold	0,5–1,5 µm	24+ Monate	Steckverbinder, Schleifkontakte

ENIG ist die gebräuchlichste Oberflächenveredelung für Flex-PCBs dank der flachen Pad-Oberfläche (entscheidend für Fine-Pitch-Bauteile), der langen Haltbarkeit und der Kompatibilität mit verschiedenen Lötverfahren.

Schritt 10: Elektrische Prüfung

Jede Flex-PCB wird vor dem Versand elektrisch geprüft:

Durchgangsprüfung verifiziert, dass jedes Netz durchgehend verbunden ist und keine Unterbrechungen aufweist. Ein Flying-Probe- oder Nadelbett-Adapter kontaktiert jedes Netz und misst den Widerstand.

Isolationsprüfung stellt sicher, dass keine unbeabsichtigten Verbindungen zwischen Netzen bestehen. Hochspannung (bis 500 V) wird zwischen benachbarten Netzen angelegt, um Kurzschlüsse und Leckpfade zu erkennen.

Impedanzprüfung (bei Bedarf) misst die charakteristische Impedanz impedanzkontrollierter Leiterbahnen. Zeitbereichsreflektometrie (TDR) verifiziert, dass die Impedanzwerte innerhalb der spezifizierten Toleranz liegen (typischerweise ±10 %).

Prüfart	Was sie erkennt	Methode	Abdeckung
Durchgang	Offene Schaltkreise	Flying Probe / Adapter	100 % aller Netze
Isolation	Kurzschlüsse, Leckströme	Hochspannungsprüfung	Alle benachbarten Netze
Impedanz	Signalintegritätsprobleme	TDR-Messung	Impedanzkontrollierte Netze

„Wir prüfen jede einzelne Schaltung — nicht stichprobenbasiert, nicht im Skip-Lot-Verfahren. In der Flex-PCB-Fertigung wird ein Defekt, der die elektrische Prüfung besteht, mechanisch versagen, sobald er gebogen wird. Unterbrechungen und Kurzschlüsse hier zu erkennen, bewahrt unsere Kunden vor Feldausfällen, deren Behebung das Hundertfache kostet."

— Hommer Zhao, Engineering Director bei FlexiPCB

Schritt 11: Profilierung und Vereinzelung

Die einzelnen Flex-Schaltungen werden aus dem Produktionspanel herausgetrennt:

Laserschneiden: CO₂- oder UV-Laser für komplexe Konturen und enge Toleranzen (±25 µm). Saubere Kanten ohne mechanische Belastung
Stanzen: Stahllinien-Stanzwerkzeug für Großserienproduktion. Geringere Stückkosten, aber Werkzeuginvestition erforderlich
Fräsen: CNC-Fräse für Prototypen und Kleinserien. Erreicht ±75 µm Toleranz

Das Schnittprofil muss glatt und frei von Mikrorissen sein. Raue Kanten in Biegezonen können beim Biegen das Einreißen einleiten. Für dynamische Flex-Anwendungen wird Laserschneiden bevorzugt, da es die sauberste Kantenqualität liefert.

Schritt 12: Endkontrolle und Verpackung

Der letzte Produktionsschritt umfasst Sichtprüfung, Maßkontrolle und Verpackung:

Sichtprüfung: Bediener kontrollieren auf kosmetische Defekte, Lötstopplackbeschädigungen und Coverlay-Haftungsprobleme
Maßmessung: Kritische Maße (Biegezonenbreiten, Steckverbinder-Pad-Positionen) werden anhand der Zeichnungen verifiziert
Querschliffanalyse (stichprobenbasiert): Zerstörende Prüfung an Probecoupons verifiziert Kupferdicke, Beschichtungsqualität und Laminierungsintegrität
Verpackung: Flex-Schaltungen werden in ESD-sicheren Beuteln mit Feuchtigkeitsindikator-Karten verpackt. Vakuumversiegelung verhindert Feuchtigkeitsaufnahme während des Transports

Durchlaufzeiten in der Flex-PCB-Fertigung

Die Kenntnis typischer Durchlaufzeiten erleichtert die Projektplanung:

Auftragstyp	Typische Durchlaufzeit	Mindestmenge
Schnellprototyp	5–7 Arbeitstage	1–5 Stück
Standard-Prototyp	10–15 Arbeitstage	5–25 Stück
Vorserienlos	15–20 Arbeitstage	50–500 Stück
Serienfertigung	20–30 Arbeitstage	500+ Stück
Eilauftrag	3–5 Arbeitstage	Aufpreis

Durchlaufzeiten variieren je nach Lagenanzahl, Oberflächenveredelung und Sonderanforderungen wie kontrollierte Impedanz oder Versteifungen.

Design-Tipps für eine schnellere Fertigung

Fertigungsgerechtes Design (DFM) beeinflusst direkt Ihre Produktionszeitpläne und Ausbeuten:

Standardmaterialien verwenden: Gängige Polyimiddicken (25 µm oder 50 µm) und Kupferstärken (1/2 oz oder 1 oz) spezifizieren, um Materialbeschaffungsverzögerungen zu vermeiden
Panelnutzung maximieren: Konturen so gestalten, dass sie effizient auf Standardpanelgrößen passen (typischerweise 250 × 300 mm oder 300 × 400 mm)
Unnötig enge Toleranzen vermeiden: ±25 µm Leiterbahnbreite zu spezifizieren, wenn ±50 µm ausreicht, erzwingt strengere Prozesskontrollen und erhöht den Ausschuss
Coverlay-Ausrichtungsmerkmale einplanen: Fiducials und Werkzeuglöcher vorsehen, die die Coverlay-Registrierung erleichtern
Biegezonen klar kennzeichnen: Biegebereiche in Fertigungszeichnungen markieren, damit der Hersteller die Panels für optimale Kornrichtung ausrichten kann

Auswahl eines Flex-PCB-Herstellers: Worauf Sie achten sollten

Nicht jeder Leiterplattenhersteller kann qualitativ hochwertige Flex-Schaltungen fertigen. Entscheidende Unterscheidungsmerkmale:

Dedizierte Flex-Fertigungslinie: Gemeinsam genutzte Starr/Flex-Linien beeinträchtigen die Ausbeute. Achten Sie auf dedizierte Ausrüstung und geschultes Personal
Materialhandhabungssysteme: Spezialvorrichtungen, Reinraumumgebungen und spezialisierte Lagerung für Polyimid-Materialien
IPC-6013-Zertifizierung: Der Branchenstandard speziell für die Qualifikation von Flex-Schaltungen. Klasse 2 für allgemeine Elektronik, Klasse 3 für Hochzuverlässigkeit
Hausinterne elektrische Prüfung: 100 % elektrische Prüfung (nicht stichprobenbasiert) ist Standard bei qualitätsbewussten Flex-Herstellern
DFM-Review-Kompetenz: Erfahrene Ingenieure, die Ihr Design vor der Produktion prüfen und potenzielle Probleme aufzeigen
Prototyp-bis-Serienfertigung: Ein Hersteller, der Ihre Prototypen fertigen und zur Serie skalieren kann, eliminiert Re-Qualifizierungen beim Hochfahren der Stückzahlen

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Häufig gestellte Fragen

Wie lange dauert die Fertigung einer Flex-PCB?

Schnellprototypen benötigen 5–7 Arbeitstage. Standard-Produktionsaufträge dauern 15–30 Arbeitstage, abhängig von Komplexität, Lagenanzahl und Bestellmenge. Eilaufträge mit Aufpreis können in 3–5 Tagen versandt werden.

Welches Material wird in der Flex-PCB-Fertigung am häufigsten verwendet?

Polyimid (PI) ist das dominierende Basismaterial und wird in über 90 % aller Flex-PCBs eingesetzt. Es bietet thermische Stabilität bis 260 °C, ausgezeichnete chemische Beständigkeit und zuverlässige Biegeleistung über Hunderttausende von Biegezyklen.

Was ist der Unterschied zwischen Coverlay und Lötstopplack bei Flex-PCBs?

Coverlay ist eine feste Polyimidfolie, die über die Schaltung laminiert wird, während Lötstopplack eine flüssige Beschichtung ist, die per Siebdruck aufgebracht wird. Coverlay hält über 100.000 Biegezyklen und ist für dynamische Flex-Anwendungen zwingend erforderlich. Flüssiger Lötstopplack reißt nach wenigen hundert Biegungen und eignet sich nur für starre Bereiche von Starr-Flex-Platinen.

Wie wird die Qualität während der Flex-PCB-Fertigung kontrolliert?

Die Qualitätskontrolle findet in mehreren Stufen statt: Wareneingangsprüfung, automatische optische Inspektion nach dem Ätzen, elektrische Durchgangs- und Isolationsprüfung jeder einzelnen Platine sowie abschließende Sicht- und Maßprüfung. IPC-6013 definiert die Abnahmekriterien für jeden Prüfpunkt.

Können Flex-PCBs mit kontrollierter Impedanz gefertigt werden?

Ja. Kontrollierte Impedanz erfordert eine enge Kontrolle von Leiterbahnbreite, Dielektrikumsdicke und Kupferstärke. Der Hersteller misst die Impedanz an Testcoupons mittels Zeitbereichsreflektometrie (TDR) und verifiziert, dass die Werte innerhalb der spezifizierten Toleranz liegen (typischerweise ±10 %).

Was verursacht die meisten Defekte in der Flex-PCB-Fertigung?

Die Materialhandhabung ist die Hauptursache für Produktionsausschuss. Dünne Polyimid-Panels knittern, dehnen sich und reißen leichter als starres FR-4. Weitere häufige Fehlerquellen sind Registrierungsfehler bei der Coverlay-Laminierung, Überätzung feiner Leiterbahnen und unzureichende Desmear-Behandlung vor der Beschichtung.

Referenzen

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Flex-PCB-Fertigungsprozess: 12 Schritte vom Rohmaterial zur fertigen Schaltung