PCB設計におけるリジッドフレックス基板の応用

     PCB設計の傾向は、薄さと軽さの方向に発展することです. 高密度回路基板の設計に加えて、フレックスリジッド PCB の 3 次元接続アセンブリなど、重要かつ複雑な分野があります。 リジッドフレックスボードは、リジッドフレックスボードとも呼ばれます。 FPCの誕生と発展に伴い、リジッドフレックス回路基板（フレックスリジッド基板）の新製品は、さまざまな場面で徐々に広く使用されています。 したがって、フレキシブルおよびリジッド基板は、フレックスリジッドPCB基板と従来のリジッド回路基板であり、FPC特性とPCB特性の両方を備えた回路基板を形成するために、多くのプロセスを通じて関連するプロセス要件に従って結合されます。 特定の柔軟な領域と特定の剛性領域を含む特別な要件を持つ一部の製品で使用できます。これは、製品の内部スペースを節約し、完成品の体積を減らし、パフォーマンスを向上させるのに非常に役立ちます。 製品。

フレキシブル基板の材質

    「良い仕事をしたいなら、まず道具を研ぐことから」ということわざがあるように、フレキシブルおよびリジッド ボードの設計および製造プロセスを考えるときは、万全の準備を整えることが非常に重要です。 ただし、これには特定の専門知識と必要な材料特性の理解が必要です。 リジッドフレックス基板の素材選択は、その後の製造工程や性能に直結します。

リジッドボード（Rigid）の素材は皆さんおなじみで、FR4タイプの素材がよく使われます。 ただし、ソフト-リジッド ボンディングに使用されるリジッド ボード材料も、多くの要件を考慮する必要があります。 接着性と優れた耐熱性に適している必要があり、加熱後に剛性と柔軟性のジョイント部分が変形することなく同じ伸縮性を持つようにする必要があります。 一般的なメーカーはレジン系のリジッド基板材料を使用しています。

フレキシブル基板（Flex）の素材は、寸法の伸縮が少ない基板とカバーフィルムをお選びください。 一般に、より硬いPIで作られた材料が使用され、接着剤を使用しない基板を使用して直接製造されるものもあります. ソフトボードの素材は次のとおりです。

基材：FCCL（フレキシブル銅張積層板）

ポリイミドPI。 ポリイミド: カプトン (12.5um/20um/25um/50um/75um)。 優れた柔軟性、高温耐性 (長期使用温度 260 ° C、短期耐性 400 ° C)、高い吸湿性、優れた電気的および機械的特性、優れた耐引裂性。 耐候性、耐薬品性に優れ、難燃性に優れています。 ポリエステルイミド (PI) が最も広く使用されています。 それらの 80% は米国のデュポン社によって製造されています。

ポリエステル PET。 ポリエステル (25um/50um/75um)。 安価で柔軟性があり、破れにくい。 引張強度、耐水性、吸湿性などの優れた機械的および電気的特性。 ただし、加熱後の収縮率が大きく、耐高温性が良くありません。 高温はんだ付けには不向きで、融点は250℃で、ほとんど使用されていません。

カバーレイ

カバーフィルムの主な機能は、湿気、汚染、はんだ付けから回路を保護することです。 カバーフィルムの厚さ 1/2mil ～ 5 mil (12.7 ～ 127um)。

導電層（ConductTive Layer）は、圧延銅（RolLED Annealed Copper）、電解銅（Electrodeposited Copper）、銀スパッタリング・スパッタリング（Silver Ink）などの方法を指します。 その中でも、電気銅の結晶構造は粗く、細い線の歩留まりにはつながりません。 カレンダー加工された銅は、滑らかな結晶構造を持っていますが、ベース フィルムへの接着性は低くなります。 銅箔の見分け方と圧延銅箔は見た目で見分けがつきます。 電解銅箔は赤銅色、圧延銅箔は灰白色です。

補助材料と補強板 (追加材料と補強材)。 フレキシブル基板の局部に、部品を溶接したり、補強材を追加して取り付けたりするために、追加で押し付けられる硬質材料。 補強フィルムは、FR4、樹脂板、粘着剤、鋼板、アルミ板で補強できます。

ノーフロー/ローフロー接着プリプレグ(ローフローPP)。 リジッドおよびフレキシブル ボード (リジッドおよびフレックス コネクション) のラミネーション用で、通常は非常に薄い PP です。 一般的には106(2mil)、1080(3.0mil/3.5mil)、2116(5.6mil)仕様があります。

リジッドフレックス基板の構造形態

リジッドフレックス PCB 基板は、フレキシブル基板に 1 つまたは複数のリジッド層を貼り付けることであり、リジッド層の回路とフレキシブル層の回路はメタライゼーションによって互いに接続されます。 各リジッド-フレックス ボードには、1 つ以上のリジッド領域と 1 つのフレキシブル領域があります。 以下に示すのは、複数のレイヤーを持つリジッド ボードとフレキシブル ボードの単純な組み合わせです。

  また、1枚のフレキシブル基板と数枚のリジッド基板の組み合わせ、複数枚のフレキシブル基板と数枚のリジッド基板の組み合わせでは、電気的相互接続を実現するために、ドリル、スルーホール、およびラミネーションプロセス方法が使用されます。 設計ニーズによると、設計コンセプトは、デバイスのインストールとデバッグ、および溶接操作により適しています。 リジッドフレックスボードの利点と柔軟性をより有効に活用するため。 この状況は、ワイヤが 2 層以上あるため、より複雑です。 次のように：

ラミネート加工とは、銅箔、Pシート、メモリーフレキシブル回路、外装リジッド回路を多層基板に積層することです。 リジッドフレックス基板の積層は、フレックス基板のみの積層やリジッド基板の積層とは異なります。 議事録は、積層プロセス中のフレキシブル基板の変形と、リジッド基板の表面の平坦性を考慮しています。 したがって、材料の選択に加えて、設計プロセスでリジッド ボードの適切な厚さを考慮する必要があります。これにより、リジッド フレキシブル部分の膨張率と収縮率が一定であり、反りません。 実験によると、厚さは 0.8 ～ 1.0 mm がより適しています。 同時に、リジッド基板とフレキシブル基板の接合部から一定の距離をあけてビアを配置し、リジッド-フレックス接合部に影響を与えないように注意してください。

リジッドフレックス基板の製造工程

   リジッドフレックス基板が FPC と PCB の組み合わせであることは誰もが知っています。 リジッドフレックス基板の生産には、FPC生産設備とPCB加工設備の両方が必要です。 まず、電子技術者が必要に応じてフレキシブル基板の回路や形状を描き、それをフレキシブル基板を製造できる工場に送ります。 CAM エンジニアは、関連ドキュメントを処理および計画し、FPC 生産ラインを手配します。 PCBを生産するには、FPCとPCBの生産ラインが必要です。 これら2つのソフトボードとハードボードが出てきた後、電子エンジニアの計画要件に従って、FPCとPCBはプレス機でシームレスにプレスされ、一連の詳細なリンクの後、最終プロセスはソフトです. ハードボンドボード。

Motorola 1+2F+1 Mobile Display&Side Keys の 4 層基板 (2 層ハード ボードと 2 層ソフト ボード) を例にとります。 このボードの製版要件は HDI 設計で、BGA 間隔は 0.5mm です。 フレックス ボードの厚さは 25um で、IVH (IntersTItial Via Hole 部分層間ビア ホール) ホール設計です。 ボード全体の厚さ: 0.295+/-0.052mm。 内層の LW/SP は 3/3mil です。

リジッド フレックス バージョンのデザイン ルールに関する考慮事項

        リジッドフレックス基板は、従来の PCB 設計に比べて設計がはるかに複雑であり、注意すべき点がたくさんあります。 特に、リジッドからフレックスへの遷移領域、およびトレースやビアなどの関連する設計面は、対応する設計規則の要件に従う必要があります。

1.場所経由

      動的な使用の場合、特にフレキシブル基板が頻繁に曲がる場合、フレキシブル基板のビアはできるだけ避けなければならず、これらのビアは簡単に損傷したり破損したりします。 ただし、ソフトボードの補強部分に穴をあけることはできますが、補強部分の端付近も避ける必要があります。 したがって、フレックスリジッド基板の設計で穴を開けるときは、ボンディング領域から一定の距離を避ける必要があります。 以下に示すように。

        ビアとソフトおよびハード ボンディング領域の間の距離要件について、設計で従うべきルールは次のとおりです。

少なくとも 50mil の距離を保つ必要があり、信頼性の高いアプリケーションには少なくとも 70mil が必要です。

ほとんどのプロセッサは、30mil 未満の制限距離を受け入れません。

フレックス ボードのビアについても同じ規則に従います。

これは、従わなければならないフレックス リジッド ボードの最も重要な設計規則の 1 つです。

2. パッドとビアの設計

   パッドとビアは、電気的要件を満たしている場合に最大値を獲得する必要があります。 直角を避けるために、パッドと導体の間の接続には滑らかな遷移線が使用されます。 サポートを強化するために、つま先に独立したパッドを追加する必要があります。

フレックス リジッド ボード設計では、ビアまたはパッドが簡単に損傷する可能性があります。 このリスクを軽減するために従うべきルール:

パッドまたはビアのはんだフラックス層は銅リングを露出させます。大きいほど良いです。

ビアに可能な限りティアドロップを追加して、機械的サポートを強化します。

補強のためにディスクトーを追加します。

3. トレース設計

   フレックス領域 (フレックス) の異なる層にトレースがある場合は、1 つのワイヤが最上層にあり、もう 1 つのワイヤが最下層の同じパス上にあることを回避してください。 このように、フレキシブル基板が曲がると、配線の上層と下層の銅層の力が一致せず、回路に機械的損傷を引き起こしやすくなります。 代わりに、パスを横方向に配置して、ずらして配置する必要があります。 以下に示すように。

フレックス ゾーン (フレックス) の配線設計では、角度ではなく円弧を描くことが最適である必要があります。 Rigid セクションの提案に反します。 このようにして、フレキシブル基板の回路の一部が曲げられたときに簡単に損傷することを防ぐことができる。 また、線は急激な伸縮を避け、太い線と細い線の間に涙滴形の円弧接続を使用する必要があります。

4.カッパーデザイン

  強化フレキシブル基板の柔軟な屈曲には、銅層またはプレーン層にメッシュ構造を使用するのが最適です。 ただし、インピーダンス制御やその他の用途では、メッシュ構造の電気的品質は不十分です。 したがって、設計者は、特定の設計の設計要件に従って、メッシュ銅を使用するかソリッド銅を使用するかを合理的に判断する必要があります。 ただし、無駄な領域については、できるだけ多くのベタ銅を設計してください。 以下に示すように。

5.穴あけと銅の距離

  この距離は、穴と銅板の間の距離を指し、「穴と銅の距離」と呼びます。 フレックス ボードの材料はハード ボードに使用されるものとは異なるため、穴と銅の距離が狭いと扱いが難しくなります。 一般的に言えば、標準的な穴の銅箔距離は 10mil です。

リジッド-フレキシブル領域では、最も重要な 2 つの距離を無視してはなりません。 1 つは、ここで言及されているドリルから銅までの距離で、10mil の最小基準に従います。 もう 1 つは、穴からフレキシブル基板の端までの距離 (穴からフレックスまで) で、一般に 50mil が推奨されます。

6. リジッドフレキシブル領域の設計

リジッドフレキシブル接合領域において、フレキシブル基板は、スタックの中央でリジッド基板に接続されるように設計されることが好ましい。 フレックス ボードのビアは、リジッド フレキシブル領域の埋め込み穴と見なされます。 リジッドフレキシブル領域での注意点は以下の通りです。

線はスムーズに移行し、線の方向は曲がりの方向に対して垂直である必要があります。

ワイヤは曲げ領域全体に均等に配置する必要があります。

ワイヤの幅は、曲げ領域全体で最大にする必要があります。

リジッド-フレックス トランジション ゾーンは、できるだけ PTH を使用しないように設計する必要があります。

7. 剛柔接合板の曲げ部の曲げ半径

リジッド フレックス ボードのフレックス ベンド ゾーンは、100,000 回の屈曲に耐え、開放、短絡、性能低下、または許容できない剥離が発生しないものとします。 曲げ抵抗は、特別な装置または同等の機器によって測定されます。 テストされたサンプルは、関連する技術仕様の要件を満たす必要があります。 曲げ半径は下図を参考に設計してください。 曲げ半径の設計は、柔軟な曲げゾーンのソフトボードの厚さとソフトボードの層数に関連する必要があります。 単純な参照標準は R=WxT です。 T はソフトボードの総厚です。 片面基板Ｗは６、両面基板１２、多層基板２４である。したがって、片面基板の最小曲げ半径は板厚の６倍、両面基板は１２倍である。 板厚の倍、多層板は板厚の24倍です。 すべてが 1.6mm 未満であってはなりません。

結論として、フレックス リジッド ボードの設計面で特に重要なのは、フレキシブル PCB の設計です。 フレキシブル基板の設計では、さまざまな材料、基板の厚さ、組み合わせ、接着層、銅箔、カバー層、フレキシブル基板の補強材、およびフレキシブル基板の表面処理、ならびに剥離強度、耐屈曲性、曲げ特性などの特性を考慮する必要があります。 化学的性質、作業温度など。設計されたフレックスボードの組み立てと特定の用途には特別な考慮が払われています。 この点に関する特定のデザイン ルールは、IPC 標準 (IPC-D-249 および IPC-2233) を参照できます。

また、軟質基板の加工精度は、異形加工精度：線幅：50μm、開口：0.1mm、層数は10層以上。 国内：線幅：75μm、口径：0.2mm、4層。 これらすべてを特定の設計で理解し、参照する必要があります。PCB 設計におけるリジッドフレックス リジッドフレックス基板のアプリケーション。