リジッドフレックス基板の側面に関する深い洞察
キーワード: フレキシブル回路基板、リジッドフレックス基板
電子機器において、過去にルーツを持つ新しい技術に出会うことがあります。約50年前、リジッドフレックス基板技術は、宇宙船内の配線ハーネスを置き換えるニーズを満たすために使用され始めました。リジッドフレックス技術は、最初の市販モバイルコンピュータにも採用されました。
現在、リジッドフレックス基板を使用するアプリケーションには、衛星、ウェアラブル技術、ノートパソコン、試験装置、医療機器などがあります。
リジッドフレックス基板
リジッドフレックス基板は、リジッド回路基板とフレキシブル回路基板の基材を積層したものです。リジッドフレックス基板は、フレキシブル回路と従来のリジッド基板のそれぞれ特有の特性の境界を越えるものです。
フレキシブル回路は、銅とノートンやカプトンなどのポリイミドを積層したフレキシブルな材料で作られます。これらは、圧力、アクリル系接着剤、熱を用いて積層されます。
従来のプリント基板では、リジッド基板の両面に部品を実装することはできません。リジッドフレックス設計では、フレキシブル回路基板とリジッド回路基板の間で一体化が行われるため、セクション間に接続ケーブルやコネクタは使用されません。代わりに、フレキシブル回路内でシステム全体が電気的に接続されます。
接続ケーブルやコネクタがないことにより、いくつかの利点が得られます。
- 他の部品を収容するためのスペースが増える
- 制御インピーダンスに対応できる
- 回路内での信号のロスのない伝送が改善される
- 重量の軽減
- コールドジョイントなどの接続不良問題が排除される
各リジッドフレックス基板は、ゾーンに分割されています。各ゾーンは異なる層数と異なる材料で構成されています。フレキシブルゾーンと比較して、リジッドゾーンにはより多くの層が存在します。遷移ゾーンでは、材料がFR-4からポリイミドに変わります。
多くの場合、複雑な設計では、リジッドからフレキシブル、再びリジッドへと何度も遷移します。これらの交差部分では、重なり合うリジッドフレックス材料により、遷移ゾーンから穴を遠ざける必要があります。これにより、完全性が維持されます。これに加えて、リジッドフレックス設計では、部品やコネクタに追加のサポートを提供するために、アルミニウムやステンレス鋼の補強材が含まれます。
リジッドフレックス基板の製造
従来の回路基板の開発と比較して、リジッドフレックス設計の設計は非常に複雑で困難です。
製造工程は、プリント基板設計ソフトウェアの助けを借りて、基板レイアウトの設計から始まります。必要な基板設計を作成するために、ソフトウェアは習得が容易で、技術的な経験がほとんどない人でも使い始めることができます。
リジッドフレックス基板は、フレキシブル基材とリジッド基材の層を順番に積み重ね、スルーホールめっきを施すことによって製造されます。これにより、層間の適切な接続が確保されます。
ハーネスやコネクタによって発生する激しい接触や熱の問題は、リジッドフレックス設計の強度と信頼性によって排除されます。
リジッドフレックス基板は長い間存在しています。時が経つにつれて、基板製造プロセスは向上しました。最近では、リジッドフレックス基板の製造プロセスにおいて、外部リジッド基板としてガラス繊維エポキシ樹脂（FR4）が使用されています。回路のリジッドパターンを保護するために、リジッド層にはソルダーマスクが施されます。そして、フレキシブル基板の材料には、ポリイミド（PI）両面基板が使用されます。この両面基板は銅で覆われています。設計のフレキシブルパターンはアクリルフィルムによって保護されます。
リジッドフレックス回路の製造には、以下の工程が含まれます。
- ベース材料の準備
- 回路パターンの形成
- 銅箔のエッチング
- 精密な機械的穴あけ
- スルーホールめっき
- カバープレートによる基板保護
リジッドフレックス基板は、優れた電気的性能と機械的サポートを提供し、フレキシブル材料により任意の形状に曲げることが可能です。信号の高周波伝送やインピーダンス制御に最適なこの基板は、フレキシブル材料が優れた誘電安定性と柔軟性を示します。
サイズ公差、めっき、効果的な回路パターン、積層、レイヤーアップ、穴あけを保証するため、基板のフレキシブル材料は大きな熱膨張係数と高い吸湿性を示します。
リジッドフレックス基板設計のための材料
設計を始める前に、基板メーカーに相談することをお勧めします。オーバーレイの種類、層数、銅の種類、曲げ半径は、基板が安定曲げ用か動的曲げ用かによって異なる場合があります。
動的曲げ用リジッドフレックス基板は、基板が常に曲げられる環境に設置されます。そのため、2層以下を使用することが推奨され、曲げ半径は常に材料厚さの100倍に維持する必要があります。
一方、安定曲げ用途で使用されるリジッドフレックス基板では、10～20層まで可能です。繰り返しの曲げ力は加わりません。これは、厚さの10倍という小さな曲げ半径を使用できることを示しています。
リジッドフレックス基板の利点
リジッドフレックス設計は、フレキシブル回路とリジッド回路の両方の利点を提供します。製造業者と消費者が享受するいくつかの利点は以下の通りです。
- 動的性: 基板は、パッケージ設計においてより高い柔軟性、再現性、高精度を提供します。
- 機械的安定性: リジッドフレックス設計は、複数のフレキシブル基板層で構成されます。これらの層は1枚以上のリジッド基板に取り付けられ、困難な場所への設置において柔軟性と安定性の両方を提供します。
- 過酷な環境への耐性: 電気プロジェクトの実行中、重い電子部品には振動や衝撃の問題が見られます。しかし、リジッドフレックス基板に電子部品をはんだ付けする際には、これらの問題を心配する必要はありません。これらの基板は、過酷な環境、熱、高温、衝撃、放射線に耐えることができるからです。
- 接続の信頼性: 高い基板極性と安定性により、他の電子部品との安全で確実な接続が保証されます。
リジッドフレックス基板の用途と例
- 多くの用途でリジッドフレックス設計が使用されています。ここでは、設計の剛性を損なうことなく基板の柔軟性が不可欠です。
- 軍事、産業、商業用途で使用されています。スマートフォンやデジタルカメラなどのスマートデバイスでも使用されています。医療業界のペースメーカーでは、柔軟な機能、省スペース、軽量化のためにこれらが使用されています。
- 高い信頼性を提供し、接続の問題を低減するこれらの基板は、脆弱で繊細な配線をサポートします。リジッドフレックス設計では、より高い接続信頼性を実現するためにはんだ接合部が少なくて済み、計測、試験、自動車用途で高い接続信頼性を可能にします。
- これらの基板の製造は、組み立てと物流コストが低いため非常に経済的です。小型で軽量なため、コンピュータサーバーやバーコードスキャナー用途に最適です。
まとめ
この記事は、リジッドフレックス基板に関する詳細な知識を得たいと考えている方にとって大きな助けとなるでしょう。今まで以上に知識を深めていただけたことを願っています。