PCBブログ - PCBボードを製造しやすくし、加工コストを削減

剛性フレキシブルPCBボードは通常の回路基板ではありません。柔軟性と剛性のある基材薄層を単一のコンポーネントに組み合わせるプロセスは、独自の課題とチャンスをもたらします。デザイナーがブロック式剛柔PCBを設計し始めたとき、彼らは以前学んだPCB設計に関するほとんどの知識に問題があることに気づいた。2次元平面床ではなく、曲げたり折り畳んだりできる3次元内部接続を設計しています。これはもっと強力なPCBになると思います。剛性フレキシブル基板の設計者は、複合プリント基板の代わりに複数のコネクタを使用し、より高い性能と安定性を得るために、ケーブルとリボンケーブルの代わりに単一のコンポーネントを使用します。彼らは設計範囲を1つのコンポーネントに制限し、紙白鳥の山のように線を曲げたり折りたたんだりして、空きスペースを最適化しています。文字通り、「フレキシブル回路」はマルチワイヤリボンケーブルの代替品のような感じがします。フレキシブル平坦基板の頂部には回路層があり、それらは端と端が互いに接続されている。この接続は、インクジェットプリンタの印刷ヘッドと制御ボードの間によく表示されます。フレキシブル回路用語では、このような連続的な柔軟性を「動的フレキシブル」と呼ぶ。動的可撓性用途において、可撓性回路は、高性能で信頼性の高い片面を実現するために一般的に（ただし、これらに限定されない）。フレキシブル回路は、プリントヘッドを制御ボードに接続するなど、さまざまなサブシステム間の相互接続に使用されます。

フレキシブル回路のライフサイクルでは、偏向がほとんどなく、曲げ、折り畳み、組み立てる必要があります。これは「フレキシブル実装」と呼ばれています。柔軟なインストールには、アプリケーションのニーズに応じて、シングルレイヤーからマルチレイヤーまでさまざまな構成があります。寿命の間の有限な曲げは、導体上の応力を制限し、より多くの層を製造するのに有利である。フレキシブル実装中に片面アセンブリの実装が必要な場合は、特定の領域を補強するために、剛性材料をフレキシブル回路に位置決めして積層することが戦略です。このタイプのフレキシブル回路設計は「剛性フレキシブル」と呼ばれている。剛性材料（通常はFR 4）には導体は含まれておらず、主に補強部材のベースまたは接続領域に使用されています。剛性フレキシブルプレートはフレキシブル回路と剛性材料の利点を持っているが、コストはより高い。剛性可撓性プレートは、剛性可撓性プレートの代替品として使用することができる。剛性材料はエッチングやめっきを必要とせず、穴を開けて線として追加するだけで、PCB処理時間を短縮することができます。フレキシブルなインストール中に、両面モジュールのインストールが必要な場合、または超薄型プリント基板が必要な場合は、剛性フレキシブル基板が実行可能なソリューションになる可能性があります。剛性フレキシブル基板は、剛性層とフレキシブル層とを有し、多層プリント配線基板である。典型的な（4層）剛性フレキシブルプリント配線板は、銅箔で覆われた上側と下側の両方のポリイミドコアを有する。外部剛性層は片面FR 4からなり、片面FR 4はフレキシブルコアの両側に積層され、多層PCBを組み立てる。剛性可撓性板は広く応用されているが、各種材料の混合使用と複数の生産工程のため、剛性可撓性板の加工時間はより長く、生産コストはより高い。多層剛性フレキシブル板を製造する場合、フレキシブル層の処理は外部FR 4層とは非常に異なる。異なる材料で作られた層は、積層によって結合され、ドリルとメッキを行う必要があります。したがって、典型的な4層剛性フレキシブルPCBを製造するために必要な時間は、標準的な4層剛性PCBを製造するために必要な時間の5〜7倍である可能性がある

剛性フレキシブルパネルの応用剛性フレキシブルパネルは、デジタルカメラ、ビデオカメラ、MP 3プレーヤなどの消費電子製品に一般的に存在する。ハイエンドの搭載兵器ナビゲーションシステムにも使用できます。私の研究によると、剛性フレキシブルプレートは軍用機や医療機器の製造によく使われています。剛性フレキシブルパネルは、接続信頼性を高めながら重量を軽減するため、軍用機の設計に大きなメリットをもたらします。もちろん、全体的に小さいサイズがもたらすメリットも見逃せません。ペースメーカーや蝸牛インプラントなどのインプラント型医療機器は、狭い空間で剛性フレキシブルプレートを曲げたり折り畳んだりする能力や、信頼性を大幅に向上させるためにも恩恵を受ける。ペースメーカーがバッテリーに接続されている電線が外れて動作しない場合を想像してみてください。剛性フレキシブルボードがあれば、バッテリーは回路層に直接接続でき、コンポーネントのどこにでも設置できます。

剛性−可撓性プレートの使用例剛性−可撓性アプリケーションにおける設計者は、製品目標を達成する方法として剛性−可撓性に依存する。リジッドフレキシブルボードを使用して新しい製品を作成する前に、リジッド設計をプロトタイプとして使用して設計コンセプトをテストすることがあります。赤外線システムは、3オンス未満のペイロードを持つ5立方インチ手持ち型デジタルカメラの監視範囲をカバーするように、小型航空機や無人航空機に設置される。つまり、従来の機能と信頼性のレベルを維持しながら、スペースを50%、重量を95%削減しました。挑戦は、総重量を3ポンドから3オンス以下に減らす方法にある。ソリューションは、複数のコネクタで接続されている剛性PCBボードアセンブリを除去し、剛性フレキシブルボードに切り替えます。私は設計過程の初期にJeffに出会った。これは彼が剛性フレキシブルボードを使うのは初めてだが、彼は一歩一歩よくやっている。生産過程では、PCB設計プロジェクトを経験豊富な剛柔アプリケーションデザイナーにアウトソーシングし、生産過程の早期にPCBメーカーを参加させた。同機構は、「剛性フレキシブルボードは従来の剛性ボードよりもコストが高いにもかかわらず、このプロジェクトに理想的なソリューションを提供している。複数のPCBボードの接続デバイスではなく、フレキシブル基板の相互接続を使用している。これは空間と重量を減らす鍵であり、これはまさに私たちが必要としているものだ。剛性フレキシブルボードはフレキシブルで折り畳み可能なため、カスタム回路を製造するために使用でき、利用可能な室内空間を最大限に利用することができる。Jeffはこれを利用して、システム全体の占有スペースを削減した。この設計は大規模に生産されるものではないため、生産コストは高いが、それに比べて収益はコストより大きい」と述べた。

設計上の注意事項剛性フレキシブルパネルを設計する際には、製造プロセスの特徴と使用する材料の多様性を考慮しなければならない。設計者は、4層の剛性PCB上で使用される典型的なタイプのトレースを簡単に作成することはできず、剛性フレキシブルプレートと同じ結果を得ることが期待されている。ポリイミドの空間安定性はFR 4の空間安定性より3倍以上劣るからである。銅がエッチングされると、可撓性材料は著しく収縮する。ほとんどのメーカーは材料のこの特性を理解しており、正確な推定を行っているため、PCBが加工プロセス（穴あけと痕跡の追加）に入ると、回路基板をできるだけ寸法公差に近づけるようにしています。設計者が可能な製造上の問題を考慮しない場合、製造者の特殊な加工プロセスに対応するために設計が更新されなければ実現できない可能性が高い。所望の結果を得るために、フレキシブル層上の孔リングめっきのサイズを最大化することにより、涙滴をすべてのトレースをパッドとトレースの接合に添加することを考慮した。剛性回路の領域を接続するためにフレキシブルな内層を使用する場合は、剛性層の領域が除去されて下のフレキシブル層を露出するために、製造中にプレート内の剛性領域を支持する方法を慎重に検討する必要があります。しかし、剛性材料を除去しすぎると板材が脆弱になる。私たちは通常、薄いポリイミドを成形するのに適しているので、フレキシブル層を成形します。フレキシブル層上の領域も除去して、最終配線における配線点との接触を低減することができる。これらの「レイヤーなし」領域は設計ツールで考慮する必要があり、一部の構成部品や線が剛性領域のエッジに掛からないように、配線なし領域や構成部品なし領域を配置する必要がある場合があります。

フレキシブル回路は曲げたり折り畳んだりすることができるため、導体の破裂の可能性を高める不良トレースの発生を回避することが提案されている。以下は、曲げ領域の導体応力を低減するためのいくつかの提案である：曲げ軸に垂直に曲げ領域を通過する、線の面取り、幅の変化、および穴を曲げ領域の外側に保持する、ソリッド銅ではなく銅メッシュを使用する、隣接する層に沿って並列に配線し、「I-Beaming」、およびフレキシブル回路の設計に関する多くの類似の提案があり、多すぎてここにはリストできません。詳細やデザインの詳細については、お勧めの出版物をご覧ください。結論：一部のメーカーの意見によると、大多数のメーカーは顧客に剛柔板を放棄し、剛柔板を使用することを提案した。前者はPCB板の生産コストを増加し、顧客の価格要求を満たすことができないためである。剛性フレキシブルパネルの大量生産を実現するための重要なステップの1つは、メーカーが早期に生産に参加できるようにすることです。また、「剛性フレキシブルボードのコスト上昇につながる3つの要因は、原材料、板材の使用率、生産量です。プロジェクトの開始時にデザイナーと協力できれば、コストの高いエラーを回避するために、低コストの設計を実現するのに役立ちます」と考えています。フレキシブルボードおよび/または剛性フレキシブルボードのベンダーを選択する際には、この分野での主なプロジェクトの数を確認してください。彼らの平均スキルレベルを理解して、ほとんどのボードがどのスキルレベルにあるかを決定します。あなたが設計したボードは処理能力のハイエンドではなく、ミッドエンドであるべきで、これは剛性フレキシブルボードの選択に特にそうです。理想的な剛柔板設計評価チームは機械と電子エンジニア、PCB板デザイナー、PCB板加工エンジニアで構成されるべきである。機械エンジニアはシステムコンポーネントの機械的制約を理解しています。チーム内のPCBボードプロセスエンジニアは、パネルの実際の数量と生産コストを変更するために、曲げの変化や補強材料の追加などを調べることができます。各PCBボードのコストは、ボード上の画像の数に反比例することを覚えておいてください。剛性フレキシブルプリント配線板が多足蜘蛛のように見え、板にうまく嵌められない場合は、各コンポーネントのコストが大幅に増加します。剛性フレキシブルボードを使用してPCBボードを作成することを決定した場合、設計者は量産を高め、投資を減らすために思考に柔軟性を持たなければならない。