フレキシブルプリント基板の製造、種類、重要性を覗く
プリント基板は長年にわたり改良が重ねられ、現在の高度なプリント基板へと進化してきました。フレキシブル基板もその一つです。これは、1990年代のテレビに搭載されていたプリント基板と、現在のLEDテレビやスマートフォンに搭載されているプリント基板を比較することで理解できます。
プリント基板の種類には、アルミ回路基板、両面基板、片面基板、リジッド基板、多層基板、リジッドフレキシブル基板、そしてフレキシブル基板があることは既にご存知でしょう。この記事では、フレキシブル基板に焦点を当てています。ぜひご覧ください。
フレキシブル基板とは？
フレキシブル基板は、フレックス回路やフレックスプリントとも呼ばれます。特殊な回路基板の一種で、必要な形状に曲げることができます。高温・高密度用途で広く使用されています。フレックス設計では、透明なポリエステルまたはポリイミドフィルムが基板材料として使用されます。これらの設計は耐熱性に優れており、はんだ実装部品に適しています。
高分子多層フレキシブルプリント基板には、2層以上の導電層が存在します。これらの層はスルーホールめっきによって相互接続されます。さらに、3つ以上のフレキシブル導電層が、それぞれの間にフレキシブル絶縁層を挟んで配置されることもあります。これらの層もスルーホールめっきで相互接続されます。
フレキシブル回路には、ポリイミド誘電体層と組み合わされた銅配線からなる導電層があります。銅導電層の厚さは0.0005インチから0.05インチまで変化します。誘電体材料の厚さは0.00035インチから0.010インチまで変化します。銅の導電層を基板に接着するには接着剤が必要です。また、銅を基板に付着させるために、蒸着が同様に便利な場合もあります。
材料の選択は、機械的耐性、耐薬品性、温度、電流、屈曲の種類、静電容量など様々な要因に基づいて行われます。そのため、フレキシブル基板の材料選定はやや難しいものとなっています。
フレキシブル設計は相互接続数が少なく、非常に信頼性が高いです。これにより、コンタクトの圧着やはんだ接合部の数が少なくなります。柔軟な曲げ能力により、これらの回路は必要なスペースが少なくなります。リジッド基板と比較して、面積はわずか10%です。
フレキシブル基板の製造工程
フレキシブル基板の製造には、フレキシブル基板メーカーはポリイミドを使用します。これはベース基板の役割を果たします。FR-4とは異なり、この材料は高価です。したがって、慎重に使用する必要があります。ポリイミド材料を適切に使用するために、ネスティング（入れ子）技術が採用されています。これにより、回路基板間の距離を近く保ちます。
フレキシブル基板の製造手順は以下の通りです。
- ルーピング
回路の組み立てとサービスのための長さは、サービスループによって確保されます。これは設計者の限界を超えて追加される余分な材料量に過ぎません。
- 導体のサイジング
薄い銅の形の導電材料が基板に設置されます。薄い銅は回路の柔軟性に貢献します。これにより、回路は動的用途に適したものになります。
- エッチング
製造プロセス中の等方性損失を補償するために、エッチングプロセスが使用されます。このプロセスでは、線幅に沿った損失は銅箔の厚さの2倍になります。使用される導体の種類、エッチングマスク、そして導体が線幅に影響を与える要因です。
- ルーティング
ルーティングは非常に簡単です。折り畳みや曲げはルーティングによって改善されます。ルーティングは応力も最小限に抑えます。
- グランドプレーン
グランドプレーンを形成することで基板の重量が低減されます。これにより、回路の柔軟性が向上します。
フィレットを適用する前に、応力を分散させるためにパッド面積を拡大した穴を作成する必要があります。次に、動的屈曲を伴う回路用途向けに粘着フィルムを追加します。その後、フォトイメージャブルフィルムポリマーと液状材料を追加する前に、スクリーン印刷可能な液状材料のオーバーコートを施す必要があります。このポリマーがソルダーマスクの役割を果たすことで、回路はあらゆる内部または外部の損傷から保護されます。
フレキシブル基板の種類
4種類のフレキシブルプリント基板が利用可能です。
- 片面フレキシブル基板
名称の通り、片面フレキシブル基板には導電層が1層のみ存在します。この層は誘電性フレキシブルフィルム上に配置されます。電気部品は基板の片側のみに搭載されます。
- 多層フレキシブル基板
多層フレキシブル基板には、3層以上の導電層が存在します。これらの層は誘電体材料によって分離されています。不規則な積層により基板の高い柔軟性が確保され、接合領域の積層厚は通常薄くなります。
- 両面フレキシブル基板
両面フレキシブル基板は、プリント基板の両面に導電層を提供します。これにより、どちらかの導電層側で電気部品を接続することが容易になります。
- HDIフレキシブル基板
HDIは高密度配線基板の略です。これらの回路は、より優れたレイアウト、構造、設計を示します。これらの設計は他の基板と比較して信頼性が高く効率的です。HDIフレキシブル基板は、小型パッケージ化と効率的な電気的性能を提供します。これは、基板製造に使用される薄い基板材料によって可能になります。
他の回路基板とは異なり高い部品密度を提供するリジッドフレックス基板は、フレキシブル回路基板とリジッド回路基板の両方を組み合わせたものです。
現代におけるフレキシブル基板の重要性
フレキシブル基板は任意の形状に曲げることができます。このため、静的および動的な屈曲を必要とする用途で広く使用されています。動的用途の回路基板は定期的な屈曲が行われますが、静的用途ではほとんど屈曲を必要としない回路基板が使用されます。
フレキシブル基板は様々な用途で役立つことが分かります。しかし、リジッド回路基板の代替として使用することもできます。その理由は低価格であり、大量の自動化製造を伴う用途にはリジッド基板を設置できるからです。
現代の電子機器は、その薄さ、軽量性、超柔軟性により、フレキシブルプリント基板を広く利用していることが分かります。
定期的な屈曲、高精度、優れた性能、精密さが求められる用途には、フレキシブル回路基板が最適です。FPCBの適用分野は以下の通りです。
- アンチロックブレーキ
- カメラ
- バーコード機器
- 超音波プローブ
- 燃料ポンプ
- 医療機器
- 半導体試験
- 人工衛星
- モーションシステム
- バッテリーパック
- 航空電子機器
- エアバッグシステム
- 製造装置
結論
以上がフレキシブル基板についてのすべてです。これらのフレキシブル回路について、より良く明確なご理解をいただけたことでしょう。この記事がお役に立てば幸いです。
信頼性が高く専門的なフレキシブル基板メーカーは、オンラインで簡単に見つけることができます。