フレキシブル基板技術
フレキシブル基板は、曲げ可能で、引張強度に優れ、非常に薄い基材を使用した物理的に柔軟な回路です。航空宇宙用のパイロットヘッドアップ投影やウェアラブル技術など、さまざまな目的のために複雑な三次元形状に成形することもできます。
フレキシブル基板の基材にはアクリルが使用されています。リジッド基板の材料と比較して、これらの部品は誘電率が低くなっています。フレキシブル基板の材料の厚さは0.5～5ミルです。プリント基板のフレキシブル回路は、本来柔軟性のある基材から作られています。ポリイミド（カプトン）材料と、他の1層から多層の銅が、一般的にフレキシブル基板の製造に使用されます。
フレキシブルプリント基板の材料は、曲げても割れません。しかし、曲げによって銅にしわができると、ほぼ確実に亀裂が生じます。フレキシブル回路は、極めて薄く「セミフレキシブル」なFR4基板と混同されるべきではありません。FR4は脆いため、薄い（10ミル）FR4基板はたわみますが、最終的には破損します。
現在、フレキシブル基板（プリント基板）の開発は非常に速いペースで進んでおり、その業界シェアは拡大し、重要な技術的進歩が実現されています。新しいフレキシブル基板の製造プロセスの導入により、軽量、薄型、柔軟性といった利点から、フレキシブル基板には様々な可能性が生まれています。
プリント基板の構成部品は基板表面の性能によって決まるため、プリント基板の技術効率を真に向上させるには、まず基板材料の性能を向上させることが重要であり、これはフレキシブル基板にも当てはまります。
フレキシブル基板の製造プロセス
フレキシブル基板は、基本の基板材料としてポリイミドから作られています。この材料はFR-4よりもはるかに高価であるため、注意して使用する必要があります。ポリイミド材料を最大限に活用するために、回路基板を互いに近づけるネステッド方式が採用されています。
フレキシブル基板の製造に関わる手順は以下の通りです。
ルーピング
サービスのループ処理により、サービスする長さと回路の組み立て（設計者の制限に追加される材料の量を含む）が要件を満たしていることが保証されます。
導体のサイジング
回路には、導電性物質として薄い銅が使用されます。この薄い銅により回路の可動性がもたらされ、動的な用途に適したものとなっています。
エッチング
製造プロセス中に発生する等方性損失を補償するために、エッチング技術が実行されます。この技術では、銅箔の厚さはライン損失の幅の2分の1になります。導体、エッチングマスク、および使用される導体の種類が、線幅に影響を与える要素です。
ルーティング
ルーティングは簡単です。ルーティングにより張力が軽減され、曲げや折り畳みが容易になります。
グランドプレーン
グランドプレーンを使用することで、基板の重量が軽減され、回路の可動性が向上します。
フィレット加工を行う前に、まず穴を開けてパッド面積を拡大し、張力を分散させる必要があります。次に、動的フレキシブル回路用途のために、接着剤付きフィルムを追加します。その後、スクリーン印刷可能な液状オーバーコートを塗布し、次にフォトイメージング可能な液剤や、はんだマスクとして機能し回路を内部および外部の損傷から保護するフィルムポリマーを適用します。
フレキシブル基板の種類:
フレキシブルプリント基板には主に4つの形式があります。
シングルレイヤーフレキシブル基板
名称が示す通り、単層フレキシブル基板は、フレキシブル誘電体フィルムの上に1つの導電層のみを有します。プリント基板の片側のみに電子機器が配置されていました。フレキシブル基板において、オーバーレイヤーははんだカバーと同じ目的を果たします。代替としてフレキシブルはんだマスクを使用することもできますが、いくつかの欠点があります。パネルにはフレキシブルな白色マーキング顔料でシルクスクリーン印刷が施され、その後切断やビーム処理が行われ、検査されて出荷されます。
両層フレキシブル基板
両層フレキシブル基板の両面の導電層により、導電層の各面に電子機器を取り付けることができます。接続は両面リジッド基板と同様の方法で形成されます。いくつかの穴や機能特性が、露出したポリイミド、銅被覆シートの底面にエッチング加工されます。無電解銅めっき浴でめっきされたスルーホールは、表面と穴を導電性にするために使用されます。銅表面は写真用ドライフィルムの層で作製されました。
多層フレキシブル基板
多層可動基板では、3層以上の導電層が誘電体物質によって分離されています。不均一な積層により基板の優れた適応性が可能となり、接着領域は多くの場合、より薄い積層になっています。パネルは洗浄およびエッチングされ、ドライフィルムの積層に耐えるように処理されます。ドライフィルムシートはその後、レーザー直接描画または写真装置のいずれかを使用して露光および現像されました。ネガのドライフィルム像はエッチング耐性として機能し、エッチングによって不要な銅を除去します。その後、ドライフィルムは剥がされました。その後、内層は追加処理のためにAOIに送られます。
リジッドフレキシブル基板
リジッドフレキシブル基板は、硬質回路と柔軟な回路を組み合わせたハイブリッド回路基板であり、標準的な回路基板よりも高い部品密度を実現します。これらは、接着剤と加熱によって接着された多数の層と、基材、銅層、はんだマスク層、およびシルクスクリーン層で構成されています。他の回路基板が片面、両面、または多層であるのに対し、リジッド基板はこれらのいずれかであり得ます。これらは作成された後は編集または修正できません。
HDIフレキシブル基板
高密度相互接続（HDI）は、より高密度な相互接続の略語です。他の多くの基板と比較して、これらの回路技術はより効率的で信頼性が高く、優れた製品、構造、および配置を持ちます。HDIフレキシブル基板の製造に使用される薄い基材表面のため、これらはより高い電気効率と小型のパッケージ面積を持ちます。
フレキシブル基板材料
ポリイミドは、フレキシブルコア層とオーバーレイヤー層の両方にとって最も基本的な形式です。リジッド基板と比較すると、フレキシブル技術はより優れた部品特性を持ちます。フレキシブル材料は一貫した厚さを持ち、3.2から3.4の範囲のより優れたDk値を有します。織物ガラス補強がないため、Dkのばらつきは排除されます。ポリイミドの厚さは、その「キャスト」製造技術により非常に均一です。層の厚さは通常0.5〜4ミル（0.5〜4mil）の範囲です。
電解析出銅または圧延焼きなまし銅が、ポリイミドフレキシブルコアの被覆に使用されます。この銅は非常に薄く、静的用途および動的用途の両方に使用できます。0.5 OZ（0.7ミル）の銅がフレキシブル基板でよく使用されます。フレキシブル基板で最も一般的な銅の重さは0.5 OZと1 OZです。許容される最大銅量は2 OZです。これにより、可能な限り狭い配線という最適な組み合わせが実現します。
フレキシブル材料は2つのカテゴリに分類されます：
- 銅がアクリル接着剤によってポリイミドに接着されているもの。
- この銅は、接着剤を使用せずにポリイミド上に直接キャストされるもの。
ポリイミド製のフレキシブルセクションに、電解銅箔または圧延銅箔を張り合わせた積層品。この銅箔は極薄でしたが、単純な用途から複雑な用途まで採用可能でした。フレキシブル基板では、0.5 OZ（0.7mils）の銅箔が一般的に使用されていました。フレキシブル基板で最も一般的な銅箔厚は0.5 OZまたは1ozのようです。使用可能な銅箔の最大質量は2 OZです。これにより、可能な限り微細な構造という理想的な組み合わせが実現します。
フレキシブル材料には2種類ありました：
- アクリル系接着剤を使用して銅箔をポリイミドに接着するもの。
- 接着剤を一切使用せず、銅箔をポリイミド上に直接配置するもの。
フレキシブル基板は、他のタイプの回路基板よりも一般的に緩いエッジ公差を持ちます。これは、その構成要素がリジッドな要素よりも寸法安定性に劣るためでもあります。また、パターン公差によっては、高価になる可能性のあるハードツールまたはレーザー切断が必要になります。
接着剤化合物は加熱されると軟化する可能性があるため、パッドは可能な限り大きく設計することが重要です。スパー、アンカー、および/またはティアドロップはすべて、外面を安定させ、ストレスを最小限に抑えるのに役立ちます。接着剤に関する問題は、多層レイアウトによっても回避できます。
フレキシブル基板の用途
フレキシブル基板は、非常に多様な目的で使用されます。携帯電話、液晶テレビ、アンテナ、ノートパソコンなど、すべてフレキシブル基板を使用しています。
回路は時間の経過とともに改良され、より長い寿命と信頼性を実現しています。航空業界では、フレキシブル基板が頻繁に使用されていました。
フレキシブル基板は、補聴器、電卓、カメラ、印刷機器、衛星にも使用されていました。
コンピュータ機器、自動車、医療機器、携帯電話など、特定の形態の電子技術には、フレキシブルプリント回路基板が必要となる場合があります。
フレキシブル基板の利点
フレキシブル回路は、複雑な設計の柔軟性を可能にしながら、重量やスペースを節約する必要があるレイアウトに最適な、いくつかの利点を提供します。そのような利点は次のとおりです：
- フレキシブル回路により、プリント基板上に経路探索を作成でき、その結果、耐久性と信頼性が向上します。
- フレキシブル回路は、使用されるコンポーネントのおかげで、スマートフォンを落とすことからロケットを打ち上げることまで、幅広い重力効果とストレスの多い状況に耐えることができます。
- フレキシブル基板は高温に耐えることができるため、航空機、軍需、深井戸石油、医療など、いくつかの分野で有用です。
- フレキシブル基板は、優れた信号品質を可能にする高速デジタル信号プログラムに役立ちます。実際には、高速とは立ち上がり時間が短いことを意味しますが、理想的な方形波パルス信号を損なうものはすべて制御する必要があります。
フレキシブル基板に関するこの包括的な記事はEFPCBの所有物であり、フレキシブル基板の特性、長所、短所、およびそれに使用される材料を強調することを目的としています。詳細情報を入手したり、PCB設計を依頼したりするには、sales@efpcb.com までご連絡ください。