フレキシブル基板技術の分析

プリント回路基板 (PCB) は、スマートフォン、テレビ、電化製品など、ほとんどの電子機器に必要です。 複合回路基板は、導電性絶縁層のラミネート構造であり、電子部品を外層の指定された領域に配置し、部品端子と導電性パッド間の信頼性の高い電気接続を提供するという 2 つの異なる機能を果たします。

これらの電子部品 (抵抗器、コンデンサー、マイクロコントローラー、インターフェイスなど) は、銅の層を非導電性基板の薄いシートにラミネートする化学エッチング プロセスを使用して、トレース、プレーン、およびその他の機能を介して接続されます。

PCBの進化

PCB は 20 世紀初頭に開発され、新しい技術の出現とともに進化を続けてきましたが、基本的な設計はほぼ同じままで、電子部品を収容するリジッド ボードです。

PCB 技術の進歩と普及は、半導体パッケージング技術の急速な進歩に歩調を合わせており、業界の専門家はより小型で効率的な電子製品を開発することができます。 AR/VR メガネ、スマート ウォッチ、インタラクティブな衣類などのウェアラブル テクノロジーの開発につながりました。また、皮膚やスマートフォンに直接接触して着用者の健康状態をモニタリングできる身体装着型医療機器の時代の到来を告げています。 折りたたみ式ディスプレイなどのテクノロジー。 これらのデバイスを実現するには、直角を超えて伸縮できる新しいタイプの PCB を開発する必要があります。 エンジニアリング コミュニティは、ポリイミド、透明ポリエステルなど、さまざまな技術と材料を使用してフレキシブル PCB を製造しています。

1. 超薄型の柔軟な回路により、多くのアプリケーションが実用的になります。

フレキシブル基板の種類

製造業者は、今日のデバイスに 2 種類の可鍛性ボードを使用しています: フレックス PCB とリジッドフレックス PCB です。 フレキシブル PCB または FCB は、電子機器がリジッド プラットフォームではなくフレキシブル基板上に配置されているリジッド基板と同様に機能します。 これにより、さまざまな形状や構成を形成することができます。 レイヤーと構成に応じて、これらは前述の最も一般的な 2 つのタイプに分けることができます。

リジッド フレックス PCB は、SMD (電子デバイスとしても知られる表面実装デバイス) とコネクタ配置に対応するリジッド セクションとフレキシブル セクションの両方を備えたハイブリッド回路基板です。 この構成では、SMD はフレキシブル基板に実装され、コネクタはリジッド基板に実装され、安定した接続を維持し、繰り返し使用による損傷を軽減します。 リジッドフレックス構成では、接続端子が硬い面に配置されるため、SMD の生産性も向上します。

高密度相互接続 (HDI) PCB は、リジッドの対応するものより配線密度が高く、より細い線とスペース、より小さいビアとキャプチャ パッド、およびより高い接続パッド密度を提供します。 これらの PCB は、より薄い層を利用できるため、または場合によっては PCB 設計で複数の層を必要としないため、フレキシブル基板で使用すると有益です。FCB の分類は、層の数によって細分化できます。 たとえば、単層ボードは、単一のポリイミド基板と、ボードの片側からアクセスできる薄い銅層を使用して作成されます。 また、デュアル チャネルを備えた片面 FCB、基板の両面に導電性銅を使用した両面 FCB、マルチおよび片面チャネル機能を備えた多層 FCB もあります。

柔軟な PCB 設計

フレキシブル PCB を設計する際には多くの疑問が生じますが、その中で最も重要なのは、それが何回、どの程度曲がるかということです。 曲げられる回数によって、ボードが静的か動的かが決まります。

2. 異なる材料は、柔軟性レベルの増減を提供し、それらの動作環境を表します。 （出典：ウィキペディアのミラコ）

静的プレートは曲げ設置と見なされ、耐用年数中に曲げられる回数は 100 回未満です。 屈曲は定期的に発生し、アプリケーションによっては何万回もの屈曲に耐える必要がある場合があるため、動的基板設計はより堅牢である必要があります。 もちろん、曲げ半径 (曲げ領域の最小曲率) も関係し、設計の早い段階で適切に決定する必要があります。 これにより、銅を損傷することなく、設計が必要な量の曲げに耐えることができます。FCB の導電層を覆うマスクやその他の材料、および回路のさまざまな部分をサポートする補強材も、設計段階で考慮する必要があります。 、ボードの両面で使用できます。 適用される補強材の数が設計の剛性を高め、一部またはすべての領域での曲げを減らすことに注意することが重要です。

従来の PCB と同様に、FCB は階層化された設計であるため、使用する材料も設計段階で考慮する必要があります。 たとえば、薄膜層は導体キャリアを提供し、回路内で絶縁体として機能しますが、柔軟性も必要です。 ポリイミドと PET (ポリエステル) は絶縁体として機能し、これらのタイプの基板によく使用されます。 PEN（ポリエチレンフタレート）、PTFE、アラミドも使用されています。ポリイミドフレキシブルコアもFCB設計に適しています。 それらは電着または圧延されたアニールされた銅でコーティングされており、動的および静的アプリケーションの両方に対応する超薄型です。FCB は 2 種類の材料を使用します。 接着剤不要で、銅がポリイミド基板に直接キャストされます。 もちろん、接着剤には、熱にさらされるとクラックが発生するなどの欠点もあります。 また、銅ラミネートを厚くし、湿気を吸収する傾向があるため、特定の環境での使用に影響します。

ここで、接着剤を使用しない素材の出番です。 過酷な環境に対応でき、曲げ厚さの減少、柔軟性の向上、温度定格の向上など、その他の利点を提供します。

フレキシブル PCB スタック

PCB スタックは、基板の最終的なレイアウトを設計する前に PCB を構成する銅と絶縁層の配置です。 スタックアップ層により、1 枚の基板上にさまざまな層を介して複数の電子回路を組み立てることができますが、PCB スタックアップ設計の構造には、外部ノイズの低減、電磁適合性の向上、製造コストの削減など、他の多くの利点があります。 複数の層を使用することで、ボードの配電能力が向上し、相互干渉が減少し、電磁干渉が排除され、高速信号がサポートされます。

3. 単層フレックス PCB スタックアップは、従来の PCB スタックアップによく似ていますが、材料層が異なります。

従来の PCB と同様に、FCB は 1 つまたは複数の層で設計でき、銅配線、接着剤、ラミネート、およびポリイミド材料の数を表します。 これらの数値は、レイヤーの数によって異なります。 たとえば、4 層回路には、4 つの銅トレース、4 つの接着層 (または非接着層)、ラミネート、および対応する基板材料があります。 多くのメーカーは、柔軟性を維持し、動作中の損傷を軽減するために、スタックの中央に柔軟な材料を配置します。レイヤーの数を決定するときは、設計を進める前に、必要な回路信号の数など、いくつかの要因を考慮する必要があります。 ルーティングされるか、操作の頻度、追加のシールドが必要かどうか、およびその他のメトリック。 これらは、必要なレイヤーの正確な数を表し、FCB が期待どおりに機能していることを確認するのに役立ちます。

結論は

フレキシブルプリント回路基板は、新しい技術の出現とともに進化し続けます。 腐食を心配することなく、洗濯室で医療監視機器を洗浄したり、海に潜りながら生体認証パッチを着用したりできることを想像してみてください。 

柔軟な電子機器に依存するデバイスは、すでに人体からデータを取得できるため、この技術がどこに実装されるかを見るのは興味深いでしょう. また、これはフレックス PCB 設計の基本的な紹介に過ぎず、それらを作成するために使用される材料とプロセスの概要を提供することに注意することも重要です。

フレキシブル基板技術の分析

プリント回路基板 (PCB) は、スマートフォン、テレビ、電化製品など、ほとんどの電子機器に必要です。 複合回路基板は、導電性絶縁層のラミネート構造であり、2 つの異なる機能を果たします。外層の指定された領域に電子部品を配置し、部品端子と導電性パッド間の信頼性の高い電気接続を提供します。これらの電子部品 (抵抗、コンデンサ、マイクロコントローラ、 インターフェイスなど）は、銅の層を非導電性基板の薄いシートにラミネートする化学エッチングプロセスを使用して、トレース、プレーン、およびその他の機能を介して接続されます。

PCBの進化

PCB は 20 世紀初頭に開発され、新しい技術の出現とともに進化を続けてきましたが、基本的な設計はほぼ同じままで、電子部品を収容するリジッド ボードです。 半導体パッケージ技術の急速な進歩により、業界の専門家はより小型で効率的な電子製品を開発できるようになりました。 AR/VR メガネ、スマート ウォッチ、インタラクティブな衣類などのウェアラブル テクノロジーの開発につながりました。また、皮膚やスマートフォンに直接接触して着用者の健康状態をモニタリングできる身体装着型医療機器の時代の到来を告げています。 折りたたみ式ディスプレイなどのテクノロジー。 これらのデバイスを実現するには、直角を超えて伸縮できる新しいタイプの PCB を開発する必要があります。 エンジニアリング コミュニティは、ポリイミド、透明ポリエステルなど、さまざまな技術と材料を使用してフレキシブル PCB を製造しています。

1. 超薄型の柔軟な回路により、多くのアプリケーションが実用的になります。

フレキシブル基板の種類

製造業者は、今日のデバイスに 2 種類の可鍛性ボードを使用しています: フレックス PCB とリジッドフレックス PCB です。 フレキシブル PCB または FCB は、電子機器がリジッド プラットフォームではなくフレキシブル基板上に配置されているリジッド基板と同様に機能します。 これにより、さまざまな形状や構成を形成することができます。 レイヤーと構成に応じて、これらは前述の最も一般的な 2 つのタイプに分けることができます。

リジッドフレックス PCB は、SMD (電子デバイスとしても知られる表面実装デバイス) とコネクタ配置に対応するリジッド セクションとフレキシブル セクションの両方を備えたハイブリッド回路基板です。 この構成では、SMD はフレキシブル基板に実装され、コネクタはリジッド基板に実装されており、安定した接続を維持し、繰り返し使用による損傷を軽減します。 リジッドフレックス構成では、接続端子が硬い面に配置されるため、SMD の生産性も向上します。

高密度相互接続 (HDI) PCB は、リジッド基板より配線密度が高く、ラインとスペースが細く、ビアとキャプチャ パッドが小さく、接続パッド密度が高くなります。 これらの PCB は、より薄い層を利用できるため、または場合によっては PCB 設計で複数の層を必要としないため、フレキシブル基板で使用すると有益です。FCB の分類は、層の数によって細分できます。 たとえば、単層ボードは、単一のポリイミド基板と、ボードの片側からアクセスできる薄い銅層を使用して作成されます。 また、デュアル チャネルを備えた片面 FCB、基板の両面に導電性銅を使用した両面 FCB、マルチおよび片面チャネル機能を備えた多層 FCB もあります。

柔軟な PCB 設計

フレキシブル PCB を設計する際には多くの疑問が生じますが、その中で最も重要なのは、それが何回、どの程度曲がるかということです。 曲げられる回数によって、ボードが静的か動的かが決まります。

2. 異なる材料は、柔軟性レベルの増減を提供し、それらの動作環境を表します。 （出典：ウィキペディアのミラコ）

静的プレートは曲げ設置と見なされ、耐用年数中に曲げられる回数は 100 回未満です。 屈曲は定期的に発生し、アプリケーションによっては何万回もの屈曲に耐える必要がある場合があるため、動的基板設計はより堅牢である必要があります。 もちろん、曲げ半径 (曲げ領域の最小曲率) も関係し、設計の早い段階で適切に決定する必要があります。 これにより、銅を損傷することなく、設計が必要な量の曲げに耐えることができます。

溶接

FCB の導電層を覆うマスクやその他の材料、および回路のさまざまな部分をサポートする補強材も、基板の両面で使用できる設計段階で考慮する必要があります。 適用される補強材の数が設計の剛性を高め、一部またはすべての領域での曲げを減らすことに注意することが重要です。

従来の PCB と同様に、FCB は階層化された設計であるため、使用する材料も設計段階で考慮する必要があります。 たとえば、薄膜層は導体キャリアを提供し、回路内で絶縁体として機能しますが、柔軟性も必要です。 ポリイミドと PET (ポリエステル) は絶縁体として機能し、これらのタイプの基板によく使用されます。 PEN（ポリエチレンフタレート）、PTFE、アラミドも使用されています。

ポリイミド フレキシブル コアも FCB 設計に適しています。 それらは電着または圧延されたアニールされた銅でコーティングされており、動的および静的アプリケーションの両方に対応する超薄型です。FCB は 2 種類の材料を使用します。 接着剤不要で、銅がポリイミド基板に直接キャストされます。 もちろん、接着剤には、熱にさらされるとクラックが発生するなどの欠点もあります。 また、銅ラミネートを厚くし、湿気を吸収する傾向があるため、特定の環境での使用に影響します。ここで、接着剤を使用しない材料の出番です。 過酷な環境に対応でき、曲げ厚さの減少、柔軟性の向上、温度定格の向上など、その他の利点を提供します。

フレキシブル PCB スタック

PCB スタックは、基板の最終的なレイアウトを設計する前に PCB を構成する銅と絶縁層の配置です。 スタックアップ層により、1 枚の基板上にさまざまな層を介して複数の電子回路を組み立てることができますが、PCB スタックアップ設計の構造には、外部ノイズの低減、電磁適合性の向上、製造コストの削減など、他の多くの利点があります。 複数の層を使用することで、ボードの配電能力が向上し、相互干渉が減少し、電磁干渉が排除され、高速信号がサポートされます。 

3. 単層フレックス PCB スタックアップは、従来の PCB スタックアップによく似ていますが、材料層が異なります。

従来の PCB と同様に、FCB は 1 つまたは複数の層で設計でき、銅配線、接着剤、ラミネート、およびポリイミド材料の数を表します。 これらの数値は、レイヤーの数によって異なります。 たとえば、4 層回路には、4 つの銅トレース、4 つの接着層 (または非接着層)、ラミネート、および対応する基板材料があります。 多くのメーカーは、柔軟性を維持し、動作中の損傷を軽減するために、スタックの中央に柔軟な材料を配置します。レイヤーの数を決定するときは、設計を進める前に、必要な回路信号の数など、いくつかの要因を考慮する必要があります。 ルーティングされるか、操作の頻度、追加のシールドが必要かどうか、およびその他の指標。 これらは、必要なレイヤーの正確な数を表し、FCB が期待どおりに機能していることを確認するのに役立ちます。

結論は

フレキシブルプリント回路基板は、新しい技術の出現とともに進化し続けます。 腐食を心配することなく、洗濯室で医療監視機器を洗浄したり、海でダイビング中に生体認証パッチを着用したりできることを想像してみてください.柔軟な電子機器に依存するデバイスは、すでに人体からデータを取得できます。 この技術が実装されます。 また、これはフレックス PCB 設計の基本的な紹介に過ぎず、それらを作成するために使用される材料とプロセスの概要を提供することに注意することも重要です。