剛性と柔軟性の組み合わせにより、電子製品の組み立てコストを削減

リジッドフレキシブル PCB 設計は製造コストが高くなる可能性がありますが、電子システムの組み立てプロセスで大幅なコスト削減を実現できます。

電子製品では、2 点間の最短経路が直線であるとは限りません。リジッドフレキシブル PCB アーキテクチャのため、回路を 180 度折り曲げることができ (最小の高さで積み重ねる)、サイズを小さくすることができます。製品の。

リジッドフレキシブル PCB とは何ですか?

リジッドフレックス PCB は、リジッド技術とフレキシブル技術を組み合わせたものです。このタイプの PCB では、リジッド PCB 内のサブ回路を接続するために 1 つまたは複数のフレキシブル回路が使用されます。リジッドフレキシブルプリント回路基板のフレキシブル部分は、通常、多層回路です。充填されたスルーホールは、これらの層間の相互接続を確保するために使用されます。

リジッドフレキシブルプリント回路基板はどのように組み立てコストを削減できますか?

プロジェクトでリジッドフレキシブル PCB を使用すると、直接的および間接的なコストを節約できます。直接的なコスト削減は、主に部品表と在庫の削減によるものです。間接的なコスト削減は、組み立てコストの削減と信頼性の向上からもたらされます。

製品に 6 つの相互接続されたリジッド PCB (電源基板、2 つの制御基板、3 つの表示基板) があるとします。これらのボード間の相互接続には、ハーネスとコネクタのペアが必要です。それでは、リジッドフレキシブル PCB を使用することで、直接的および間接的なコストをどのように削減できるかを見てみましょう。

直接的なコスト削減

製品内の 6 つのリジッド PCB のアセンブリ全体を、6 つのリジッドパーツを備えた単一のリジッドフレキシブル PCB で置き換えることができます。また、ワイヤリングハーネスに取って代わり、コネクタが不要になります。在庫を減らすことは、コストを直接節約できます。

間接的なコスト削減

リジッドフレキシブルプリント基板はワイヤーハーネスを必要としないため、これらのワイヤーハーネスを組み立てるコストが節約されます。同様に、ハーネスがないということは、配線ミスがないことを意味し、製品の信頼性が向上します。これにより、試験手順が簡素化され、組み立てコストが削減されます。

リジッドフレックス基板に使用される材料

リジッド - フレキシブル PCB は、リジッドとフレキシブルの材料を組み合わせて使用します。これらの材料には、コア材料、プリプレグ、銅箔、フレキシブルラミネート、被覆層、および接着層が含まれます。

フレキシブル部品に使用される PCB 材料の厚さはわずか数ミクロンですが、確実にエッチングできます。これにより、一般に、衛星および航空宇宙アプリケーションでリジッド PCB よりも優れています。

衛星アプリケーションで使用されるフレキシブル PCB の詳細については、記事「衛星アプリケーションのフレキシブル PCB: 雲より軽い」をお読みください。

非流動プリプレグは、リジッドフレックス製造において最も重要なコンポーネントの 1 つです。このタイプのプリプレグは、エポキシ樹脂が PCB のフレキシブル部分に流れ込むのを防ぐことができます。

リジッドフレキシブルPCBのフレキシブル部分は、圧延銅でコーティングされたポリイミド誘電体フィルムでできた非強化基板でできています。圧延銅は、リジッド PCB で使用される銅箔よりも柔軟です。したがって、まずコーティングの母材にドリルで穴を開けてから、選択的に穴をメッキします。穴がメッキされた後、ルーティングとパッドがエッチングされます。ボンディングは、導電層を分離するために使用されます。ボンドプライはポリイミドフィルムの両面に接着剤を塗布したものです。この層はまた、リジッドPCB領域に伸びるリボンからフレキシブルラミネーションの外面を絶縁します。

Rigid flex PCB

剛性のある材料を積み重ねたものに比べて、柔軟な材料は寸法安定性に劣ります。穴と銅箔の間のクリアランスは、少なくとも 10 ミル必要です。スルーホールは、剛性領域の端から少なくとも 50 ミル離して配置する必要があります。

PCB スタックと PCB 設計ルールを開発するために、メーカーからのガイダンスを求めてください。フレキシブル/リジッドプリプレグ間の CTE (熱膨張係数) の変化には、特に制御されたインピーダンス設計の場合、注意深い厚さのバランスが必要です。

リジッドおよびフレキシブル PCB の設計コストを最小限に抑えるには?

レイヤーをできるだけ少なくする

層数を最小限に抑えることで、PCB 製造に必要なプリプレグの量を減らすことができます。同時に、層数が少ないほど PCB 製造プロセスが簡素化され、全体的な製造コストが削減されます。

ハードラミネートを使用して全厚を実現

特定の全体的な厚さを達成するために、他の流動しないプリプレグではなく、剛性のあるラミネートを使用することを常にお勧めします。硬質ラミネートのコストは、非流動プリプレグのコストよりも低くなります。

リジッドフレキシブル PCB のフレキシブルアームがリジッドパーツで終端していることを確認します。

フレキシブル PCB の設計者が、フレキシブル PCB の 1 つまたは複数のフレキシブルアームをフレキシブルケーブルで終端する必要がある場合は、追加の機械的サポートが必要です。これは、これらの柔軟な接続に必要な厚さや剛性がないためです。これは、製造プロセス中にこれらの柔軟な層を保護するためのコストにつながります。したがって、すべてのフレキシブルアームをリジッドパーツで終端させると、リジッドフレキシブル PCB 設計の総コストが削減されます。

リジッドフレキシブル PCB のフレキシブルパーツの設計上の利点

リジッドフレキシブル PCB のフレキシブル部分は、次のような多くの物理的な設計上の利点を活用できます。

360度曲げ可能。これが、フレキシブル回路が医療機器やウェアラブルに使用される主な理由の 1 つです。

過酷な環境での優れた防振およびその他の破壊特性。

コンパクトで軽量な設計をサポートします。製品重量を大幅に削減できます。

小型の柔軟なケーブルは、通常のワイヤよりもスペースを取りません。

関連する破壊なしにねじったりねじったりする能力。

フレキシブル PCB のアプリケーションの詳細については、医療機器やウェアラブルデバイスでフレキシブル PCB を使用する理由の記事をお読みください。

電子製品の製造に関しては、リジッドフレキシブル PCB にも利点があります。

それらは、他の多くの PCB よりも優れた気流と熱放散を提供します。

組み立てコストは、従来のワイヤーハーネスのコストよりもはるかに低くなります。

生産プロセスが簡素化され、標準化されているため、面倒な手動入力を必要とする多くのハーネスを作成する必要がなく、組み立てエラーに対する全体的な感度が低下します。

テスト手順を簡素化します。コンポーネントの組み立て前に接続の問題を排除できるリジッドフレキシブル PCB の機能により、不必要な無駄や費用を防ぐことができます。

リジッドフレキシブル PCB での柔軟なルーティング

曲がった部分のルーティングパスは、はく離強度を高めるために、角度を付けるのではなく、曲げる必要があります。この推奨事項は、リジッドプレートの配線方法に反します。リボンの柔軟性を高めるには、航空機をハッチングで表す必要があります。ただし、クロスハッチはインピーダンス制御を複雑にします。繰り返しますが、慎重なバランスが必要です。リボンの柔軟性を向上させるために、異なるレイヤーのルーティングは、互いに重なり合うのではなく、垂直方向にずらして配置する必要があります。

フレキシブル設計に関する考慮事項の詳細については、記事を読んで、一般的なフレキシブル PCB エラーを回避し、設計を成功させてください。

環状リングは、はがれる危険性を減らすために、曲げ可能な領域のみでできるだけ大きくする必要があります。同じ理由で、環状リングからルーティングへの移行点は、水滴の形にする必要があります。ラベルやアンカーを追加することも、剥がれを防ぐのに役立ちます。

トレースは、曲げる曲線領域の折り目に対して常に垂直である必要があります。フレキシブルリボンの内側の角が鋭い場合は、ティアストップを追加する必要があります。配置の際に、これらのコーナーのエルボに銅を追加して補強するか、内側のコーナー R にポリイミド補強を指定することができます。補強層は、カバーコーティングを接着するときにラミネートすることができます。これは、引き裂きを防止するための好ましい方法です。最適な戦略は、柔軟な設計で鋭い角を使用しないことです。

厳格で柔軟な設計のための非常に基本的なチェックリストには、次の配線に関する考慮事項が含まれます。

トレースは湾曲している必要があります。ランに沿った鋭いエッジは避けなければならない。

剛性のある柔軟な設計では、穴から曲がりまでの距離が重要です。これは、スルーホールとリジッドソフトトランジション領域の間の距離です。信頼性の高いアプリケーションでは、50 ミル未満は避けてください。リジッドフレックス設計で違反する可能性が最も高いルールは、ほとんどのメーカーが商用アプリケーションで 30 ミル未満の使用を許可していないということです。

柔軟なレイヤーの数を最小限に抑えます。

ドリル銅は 10 ミルとする。銅の穴あけは、剛性のたわみにとって非常に重要です。

リジッドフレックス PCB 設計は製造コストが高くなる可能性がありますが、システムアセンブリ中のコストを節約できることに注意してください。計画段階で PCB メーカーに相談するのが早ければ早いほど、PCB はより良いものになります。 PCB メーカーが設計プロセスにタイムリーに参加することで、メーカーは最終製品に最適化された PCB を製造できます。設計にリジッドフレキシブル PCB を使用すると、組み立てコストが大幅に削減されます。 PCB 設計者と PCB メーカーは、リジッドでフレキシブルな PCB がアセンブリコストを削減する方法を説明しています。