フレキシブル基板 の究極ガイド: タイプ、設計、アプリケーション

フレキシブル プリント基板 (FPCB またはフレキシブル基板) は、曲げたり、折り曲げたり、ねじったりできるように設計された プリント基板 の一種です。FPC は、複数のプリント回路と、フレキシブル基板上に配置されたコンポーネントの組み合わせを特徴としています。通常、高い柔軟性と熱安定性を保証するポリイミド フィルム材料で作られています。小型設計のおかげで、消費者、自動車、医療機器、ウェアラブル、通信、航空宇宙などの主要なエレクトロニクス分野で革新とアプリケーションが増加しています。

フレキシブル回路基板は、必要なスペースが少なく、信頼性も高くなります。360 度まで曲げることができ、そのほとんどは 5 億回の曲げサイクルに耐えられるように設計されています。この技術は、1950 年代からさまざまな形で電子機器の相互接続に使用されてきました。現在では、今日の最先端の電子製品の多くを製造するために使用されている最も重要な相互接続技術の 1 つとなっています。

フレキシブル回路基板の種類:

1) 片面フレキシブル基板:

片面フレキシブル回路基板は、フレキシブル基板の種類の中で最も基本的なもので、基板層、導電性銅層、オーバーレイ、シルクスクリーンで構成されています。

フレキシブルなポリイミドまたはポリマーフィルムの単層のみを備え、導電性銅層は PCB の片側からのみアクセスできます。その結果、反対側にはさまざまな電子部品を配置できます。シンプルな設計により、さまざまなアプリケーションに適しており、より手頃な価格になっています。そのため、これが最も広く使用されているフレキシブル回路である主な理由でもあります。

2) 両面フレキシブル基板:

片面フレキシブル基板とは異なり、両面フレキシブル回路基板では、上部と下部の銅層の両方にトレース パターンを作成できます。銅メッキのスルーホールを使用して、任意の場所で各面を接続できます。また、層を介した電気接続も可能です。

両面フレキシブル回路基板の利点の 1 つは、より複雑な電子製品に使用して、より多くの機能を実現できることです。メーカーは、ダッシュボード コンポーネント、照明、その他の産業分野の製造にこれが役立つことを発見しました。

3) 多層フレキシブル基板:

多層フレキシブル基板の複数の銅層は、両面基板と同様に、メッキされたスルーホールによって結合されています。多層フレキシブル基板には、多数の個別の銅層と誘電体層が含まれています。

多層フレキシブル基板を使用する利点の 1 つは、複数の機能を備えた設計の自由度です。メーカーは、複雑な設計要件を持つ製品にこれを使用できます。携帯電話、衛星、カメラ、補聴器などのコンポーネントの製造に利用されています。

現在、JLCPCB 製造ユニットのサービスでは、高精度と品質管理を備えた最大 2 層のフレキシブル基板を設計できます。

プリント基板はどの程度曲げることができますか?

「プリント基板はどの程度曲げられるか」という質問は簡単に答えられるように思えますが、それほど単純ではありません。プリント基板を曲げると、回路基板、銅トラック、はんだパッドの強度が損なわれる可能性があります。プリント基板の最大曲げ半径は、プリント基板の設計材料と厚さによって異なります。プリント基板を 90 度曲げるには 0.4 mm あれば十分です。プリント基板によっては最大 20 回曲げられるものもありますが、回路基板を 1 回以上曲げない方がよいでしょう。基板の厚さに基づくプリント基板の最大曲げ角度の式は次のとおりです。

たとえば、90 度曲げると回路が損傷する可能性が高くなります。最後に、曲げ半径が 1 ミリメートルを超えないようにしてください。フレキシブル素材を使用すると、プリント基板を最大 180 度曲げることができます。ただし、推奨限度を超えて曲げようとすると、回路基板が破損する可能性があります。

フレキシブル基板の構造:

フレキシブル基板には、単層、二層、多層の回路の 3 種類があります。単層フレキシブル基板の主な要素は次のとおりです。

1)誘電体基板フィルム：プリント基板のベース材料ともいえます。主流の材料には、耐高温性に優れたポリイミド（PI）があります。

2)電気導体:これには回路のトレースが含まれており、銅箔は単層/多層プリント回路基板の製造における表面導体層として使用されます。

3)保護フィルム：有機フィルムと接着剤で構成されており、完成したフレキシブル回路導体部分を保護する機能があります。

4)粘着材：粘着フィルムには、粘着剤の種類や厚さの仕様が異なり、多層基板の層間接着や絶縁に使用されます。

フレキシブル基板設計における補強材の役割:

フレキシブル プリント回路 (FPC) の補強材は、通常、ポリイミドや FR4 などの材料で作られた剛性層で、フレキシブル基板の特定の領域に追加されます。補強材は、コネクタ領域や取り付けポイントなどの繊細な領域での曲がりや屈曲を防ぐための機械的なサポートと補強を提供します。補強材は耐久性を向上させ、高応力領域での信頼性を高め、重要なセクションでの FPC の全体的なフォーム ファクターを維持するのに役立ちます。

フレキシブルプリント基板の設計のヒント:

1. 異なる厚さの FPC を扱うときは、最大曲げ半径に注意してください。

2. 基板またはオーバーレイが曲がる領域では、不連続性を避けます。

3. ティアドロップを追加することで、貫通穴の安定性と剛性を高めることができます。

4. プリント基板のメイン電子回路の下に補強材を使用します。

5. プリント基板の角が破れないように、角を丸く少し大きめに作ります。

6. 補強材の周囲にはエッチングによるマーキングが可能ですが、シルクスクリーンによるマーキングはできません。

設計に関する詳細情報については、Arduino ボードの完全フレキシブル PCBに関する記事全文を参照してください。

フレキシブル基板の利点:

フレキシブル回路基板には多くの利点があるため、プリント基板に関しては電子機器製品メーカーの間で人気のある選択肢となっています。電子部品にフレキシブル回路を使用することの主な利点は次のとおりです。

柔軟性:  このタイプのプリント基板は簡単に曲げたりねじったりできます。そのため、3D 空間内で移動したり拡張したりすることができ、効果的なワイヤ接続でコンポーネントを統合しやすくなります。

軽量: FPC はリジッドプリント基板に比べてサイズと重量が小さく、高信頼性と高密度の製品に適しています。

耐久性:フレキシブル回路は 360 度まで曲げることができます。振動や衝撃にも耐えられるため、あらゆるアプリケーションでパフォーマンスが向上します。

熱安定性:基板が薄く軽量なので、熱を簡単に放散できます。フレキシブル回路は、最大 400 ° Cの高温にさらされても問題ありません。

信号の完全性:優れた EMI (電磁耐性) により、高い機械的耐性と高大気物質に対する耐性を提供できます。

フレキシブル基板の欠点:

フレキシブル回路基板は現代の電子機器において数多くの利点を提供しますが、考慮すべき懸念事項もいくつかあります。

● このフレキシブル基板 の組み立てプロセスは複雑です。

● プリント基板に生じた不具合やトラブルの修復は困難です。

● 取り扱い中に破損する可能性が高くなります。

● フレキシブル基板は、従来のプリント基板設計に比べて少し高価です。

● フレキシブル基板は傷に敏感です。● 硫黄を含まないプラスチックで適切な保管条件が必要です。

フレキシブル基板の用途:

フレキシブル基板は、その汎用性、信頼性、省スペース機能により、さまざまな分野で使用されています。

民生用電子機器: フレキシブル基板は、コンポーネントを効率的に接続するために、コンパクトで軽量な設計で使用されます。柔軟性と耐久性のために、スマートウォッチ、フィットネス トラッカー、その他のウェアラブル テクノロジーで使用されます。高性能な接続のために、コンパクトなデジタルおよびアナログ混合信号ユニットに統合されています。

自動車業界: 先進運転支援システム (ADAS) を搭載した自動車のセンサーと制御ユニット間の効率的な通信を確保します。車載エンターテイメント システムで信頼性の高い接続を提供します。コンパクトな設計と柔軟性のために LED ヘッドライトや室内照明に使用されます。

医療およびヘルスケア機器: FPC 高密度接続は、MRI や CT スキャナーなどの機器のサイズを縮小するのに役立ちます。補聴器やその他のウェアラブル モニタリング デバイスなど、小型で複雑な設計でコンパクトかつ信頼性の高い接続を提供し、快適性と柔軟性を実現します。

産業用アプリケーション:可動部品を備えたロボット アームや機械に柔軟性と耐久性を提供します。産業用センサーや制御ユニットを含む自動化システムで効率的かつコンパクトな接続を実現し、信頼性の高いパフォーマンスを実現します。

フレキシブル基板 を常に使用しないのはなぜですか?

フレキシブル基板は、設計の多様性や省スペースなどの利点がある一方で、従来のリジッド基板に比べてコストが高いため、すべてのアプリケーションに適しているわけではありません。また、製造が複雑で、慎重に取り扱わないと損傷しやすくなります。曲げたり折り曲げたりする必要のないシンプルな設計ではフレキシブル基板は不要である可能性があり、そのような場合にはリジッド基板の方が経済的で耐久性に優れています。さらに、フレキシブル回路は、高電力処理や機械的安定性の点で制限があることがよくあります。

結論

間違いなく、フレキシブル回路基板は、多くの業界でより強力でありながら持ち運び可能な製品の製造に不可欠なものになっています。他の従来のオプションは、フレキシブル回路の柔軟性と精度に匹敵するものはありません。航空機、医療機器、自動車、さらには日常生活で使用されるコンポーネントでさえ、機能を犠牲にすることなく軽量化するためにフレキシブル回路基板に依存しています。テクノロジーが向上し、製品が革新し続けるにつれて、フレキシブル基板は、さまざまな業界で作成される製品の回路基板を作成するための主な選択肢であり続けるでしょう。