リジッドフレックスPCBとフレキシブルPCB

リジッド PCB とフレキシブル PCB: どちらが最適ですか?

リジッドフレックスプリント基板（PO）は、ハードボードとフレキシブル基板の両方の部品を組み合わせたハーフ＆ハーフ設計の基板です。リジッドフレックスPCBは、基板上の特定の領域では硬く、他の領域では柔軟です。そのため、リジッドフレックスPCBは、追加のサポートが必要な領域の状態を維持しながら、折り畳んだり、常に曲げたりすることができます。回路は通常多層構造で、硬質シートと組み合わせたフレキシブル基板で構成されています。フレキシブル層はPCBの硬質領域全体を覆い、内部まで浸透します。
リジッドフレックスPCBの主な利点の一つは、その薄さです。フレキシブル回路基板の標準的な誘電体の厚さは001～002インチであるため、超薄型、さらには超軽量の実装ニーズに最適です。接着剤不要のオーバーレイ、HDI、そして薄い銅箔層により、高度な配線技術に最適で、お客様の回路設計に最適な最小、最軽量、そして最軽量のソリューションを提供します。

リジッドフレックスPCBの種類

リジッドフレックス PCB は、導入用フレックスとダイナミックフレックスという 2 つの基本的なアプリケーション タイプをサポートします。
フレックスインジェクションは、リジッドフレックスPCBの最も一般的な用途です。この回路では、デバイスの組み立て時または取り外し時に基板が一度だけ折り畳まれます。実際には、高振動アプリケーションでは多少の変形が生じる可能性がありますが、基板のフレックス部分は使用中も安定した状態を保ちます。
そのため、PCBは使用中に曲げや複数回のねじれに耐えられることが非常に重要になる場合があります。このような回路は特殊フレックスと呼ばれます。基板のフレキシブル部分が繰り返し摩耗に耐えられるようにするには、特別な配慮が必要です。適切なねじれ角で設計すれば、これらの回路基板は数千回もの曲げサイクルを問題なく耐えることができます。

リジッドフレックスPCB構造 

リジッドフレックスPCBの特徴 

• すべてのラインが整理され、余分なラインの関連付け作業が省けます。
• 重量とスペースの要件が少ないため、これらのリジッドフレックス回路はペースメーカーなどの医療用途に最適です。
• アイテムのボリュームを効果的に減らし、持ち運びに便利になります。
• 硬い物の重さを軽減できます。
• 限られた空間の中で、繊細さを増し、立体空間のまとまりを強めることができます。

リジッドフレックスPCBアプリケーション 

リジッドフレックス基板はコストは高くなりますが、驚くほど柔軟性が高く、幅広い産業用途に合わせてカスタマイズできます。特に軍事、航空、医療機器に適していますが、特定の業務用製品にも適用可能です。リジッドフレックスPCBが最適なソリューションとなる条件はいくつかあります。そのような場合、これらの基板は投資に見合うだけでなく、最も経済的な選択肢となる可能性があります。具体的には、以下のようなケースが挙げられます。
• 高衝撃・高振動環境。リジッドフレックスPCBは衝撃耐性が非常に高く、機器の故障につながるような高負荷環境でも耐えることができます。
• コストよりも安定した品質が重視される高精度アプリケーション。接続やコネクタの故障が危険となるような状況では、より強度の高いリジッドフレックスPCBが最適です。
• 厚みのあるアプリケーション。一部の組織では、重要なコネクタやケーブルをすべて収容するための十分な面積が確保されていません。リジッドフレックス回路は、スペースを効率化することでこの問題に対処します。
• 複数のリジッド基板を必要とするアプリケーション。4枚以上の接続基板で構成するグループが混在する場合、単一のリジッドフレックスPCBに置き換えるのが理想的かつ実用的となる場合があります。

優位性

さらに広く言えば、リジッドフレックス PCB には次のような利点があります。
• かなりの衝撃と振動に耐える
• 数え切れないほどのフレックスサイクルに耐える
• バンドルの重量を減らす
• 回路の厚さを増やす
• 重要な収集タスクの軽減。
リジッドフレックス基板は、コネクタを削減、あるいは場合によっては不要にするのに最適です。また、その用途に不可欠な、堅牢性、出力、伝送、そして安定した品質も備えています。したがって、これらの機能を活用できるあらゆる組織は、リジッドフレックス基板の恩恵を受けることができます。

フレックスリジッドPCBによく使用される材料

リジッドフレックスPCBの性能は、その基板材料に依存します。基板材料は基本的にフレキシブル誘電フィルムとフレキシブル接着フィルムで構成されています。フレキシブル基板材料の主な種類であるフレキシブル誘電フィルムには、主に低品質の製品に使用されるポリエステル（マイラー）、最も一般的なポリイミド（カプトン）、そして軍事・航空関連製品によく使用されるフッ素樹脂（PTFE）が含まれます。

これら3種類のフレキシブル材料を比較すると、ポリイミドは最も高い誘電率を誇り、優れた電気的・機械的特性と耐熱性を備えていますが、高価で湿気を吸収しやすいという欠点があります。性能面ではポリイミドと比較すると、ポリエステルは耐熱性に劣ります。ポリテトラフルオロエチレンは、主に低誘電率の高周波部品に使用されています。

フレキシブル接着フィルムの主な材料には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂が含まれます。アクリル樹脂とポリエステルイミドは、優れた接着力、高い柔軟性、そして一般的に高い合成繊維の耐熱性と耐熱性を備えています。ただし、熱膨張係数がやや高いため、内層の厚さは0.05mm以下にする必要があります。エポキシ樹脂は接着力が弱く、主に接着剤の被覆層と内層に使用されます。さらに、熱膨張係数が非常に低いため、めっき貫通孔の耐熱性向上に効果的です。

フレックス回路オーバーレイ

フレキシブル回路オーバーレイ、またはカバーレイとも呼ばれるこの方法は、フレキシブル回路の外側ハードウェアを成形および保護するために使用されるカバープロセスです。フレキシブル回路のカバーレイフィルムは、リジッドPCBのウェルドベールに似ていますが、カバーレイフィルムは柔軟性があるという大きな違いがあります。allflexinc.comによると、「カバーレイフィルムは一般的に、熱硬化性接着剤で覆われたポリイミドフィルムです。フィルムの厚さは005インチから0005インチまであり、001インチと002インチが最も一般的です。」

剛性を使用する場合と柔軟性を使用する場合

リジッドフレックスPCBは通常、フレックス回路ほど高価ではありません。「通常」と述べているのは、総所有コストを考慮すると、フレキシブルPCBを使用した方がリジッドPCBよりも安価になるアプリケーションがいくつかあるためです。総所有コストを真に正確に理解するには、まず、フレックス回路がコネクタ、配線キット、その他の部品の必要性を排除できる点を考慮する必要があります。多くの電子機器（PC、パーソナルコンピューター、サウンドコンソール、ソリッドステートドライブ（SSD）、フラットスクリーンテレビやモニター、子供用玩具、その他の電子機器）は、フレキシブルPCBではなくリジッドPCBを使用しています。さらに、フレックス回路は、GPSデバイス、タブレット、PDA、カメラ、ウェアラブルデバイスなど、超低消費電力または潜在的に高性能なデバイスにも使用されることがあります。
フレックス回路を使用する主な理由は、より高度な近代化ではありません。低技術のアプリケーションでは、インストールがはるかに簡単になるという理由から、フレックス回路技術が時々使用されることがあります。

両方を活用するタイミングを理解する

ここで、リジッドPCBを使用するべき場合とフレキシブルPCBに固執すべき場合を理解する必要があります。当然のことながら、リジッドPCBはフレックス基板ほどコストはかかりません。しかし、所有コストと用途によって、必要なコストが決まります。フレックス基板を使用することでコストを削減できる場合もあります。所有にかかる総コストを理解したい場合は、いくつかの事実を理解する必要があります。フレックス基板は、コネクタ、ワイヤロープ、その他の回路基板などの部品を必要としません。フレキシブル基板メーカーに問い合わせても、同じようなことを言われるでしょう。
もちろん、必要に応じて、フレックス回路とリジッドフレックスPOを組み合わせて、一体型PCBとして利用することも可能です。この方法は、おそらく両方の長所を兼ね備えていると言えるでしょう。

相違点

リジッドPCBを設計する際には、最小ギャップサイズ、最小スペースと配線幅、基板エッジとの最小間隔、銅箔および全体的な配線厚など、特定の設計ルールに従う必要があります。また、リジッドPCBとフレキシブルPCBには多くの製造プロセスステップが共通しています。これらのプロセスステップには、ギャップとビアの貫通とめっき、写真の画像処理と開発、銅箔、クッション、レイアウト、プレーンの描画、そしてPCBから湿気を除去するための回路負荷の加熱（加熱）が含まれます。製造プロセスでは、リジッドPCBは溶接カバーステーションへ、フレキシブルPCBはカバーレイステーションへ送られます。

リジッドフレックスPCBを作る手段は何ですか？

• リジッドフレックス構造の製造は、リジッドフレックス構造を構築するのに 3D 空間が必要となるため、基本的なリジッド設計を作成するよりも複雑です。
• リジッド部の基材はFR4、フレックス部はポリイミドで構成され、その上に銅箔とカバーレイ保持フィルムが貼られています。
• リジッドフレックス PCB を組み立てる最初のステップでは、アクセス可能な接着剤が銅層に塗布されます。
• その後、薄い銅箔層を接着剤の上に重ねます。オーバーレイ工程の代わりに銅めっきも使用できます。
• 次のステップでは、フレックス基板に小さな隙間をあけます。レーザー貫通加工は、正確で精密な開口部を作るのに最適です。
• フレックス設計に貫通された隙間に銅が蓄えられます。この工程は貫通開口めっきと呼ばれ、銅が合成めっきされます。
• 次の段階では、感光性彫刻の反対面をフレックス表面にコーティングします。この工程には、ウィンドウオーナメントコーティング技術が最適です。
• 銅箔はコーティングが施されると適切に削り取られ、その後、回路基板から抵抗が除去されます。
• 次の段階では、フレックス基板の最上層と下層にカバーレイ保護層を塗布します。ポリイミド材料はカバーレイ保護層として最適です。
• ブランキングは、設計要件に応じてフレックス基板を切断する後続工程です。キック・ザ・バケット・セットと油圧パンチは、フレックスの切断に最も一般的に使用される方法です。これらの技術により、様々なフレックスを高い精度で切断できます。
• 最後の段階では、ブランキングプロセスを使用して製造されたフレックスボードが、剛性層の間に重ねられ、電子的な理由でアクセスできるように電気的にテストできる最終製品が生成されます。

リジッドフレックスPCBのコスト

フレックス回路基板やリジッドフレックス回路基板に関連するPCBツール費用が高額になる主な理由は、特定の構造に物理的に製造される設計プログラムの量にあります。もう一つの理由は数量です。しかし、実際の生産量から判断すると、ほとんどのお客様は2000個以内で追加費用を回収できることがわかります。

金型製作費用のもう一つの要因は生産量です。リジッドフレックスやフレックスモデル、そして少量生産の場合、ほとんどがレーザーカットや何らかの機械加工で製造されます。これは、カバーレイ、部品図、そして必要に応じて補強材のフレームにおける表面実装部品の製造に使用されます。

少量生産における電気試験は通常、フライング試験で完了します。フレックス回路やリジッドフレックス回路の量産では、スチールルールパスまたはオス/メスのパンチ＆バイトセットに切り替える必要があります。このスチールルールは廃棄され、レーザー切断機よりも製造コストが高くなることがよくあります。電気試験装置もハードワイヤード試験に置き換えられますが、これはより手間がかかる場合があります。これらの要因はどちらも初期費用がかかる可能性がありますが、大量生産時には部品の単価を大幅に削減できます。

• 層は最も重要な要素です。片面フレックスで十分な場合は、層を増やすことは避けてください。
• フレックス ボードの種類: 単一ピースまたはパネル。フレックス PCB コスト見積りを行う際は、材料使用率を考慮します。フレックス PC 材料は移動単位であり、片側は 250 mm を超えることはできません。作成時に作業ボード サイズを設定し、無駄な小包がある場合は、それがフレックス PCB コストに確定されます。
• 最小トラック/間隔、2～3ミル。
• 最小穴サイズは0.25と小さすぎません。
• ゴールド フィンガー、フレックス PCB ゴールド フィンガーにはハード ゴールドまたは浸水ゴールドの 2 つの選択肢があり、ハード ゴールドの方が大幅に高価です。
• 銅の厚さ: 1/3 オンスは標準で、柔軟性を保ち、圧倒的な銅を提案しません。
• 補強材、Flex PO コネクタには、補強材を選択するための 3 つのオプションがあります: FR4 補強材、アルミニウム補強材、Pi 補強材。繰り返しをプラグする場合は、より硬い補強材を使用することをお勧めします。
• 表面仕上げ：ノーマルはゴールドに染まります。
• サイズ: 材料利用率がより高くなり、より安価になります。
• 数量：多ければ多いほど安くなります

まとめ

リジッドプリント基板とフレキシブルプリント基板は、どちらも基本的に同じニーズ（異なる電気部品と機械部品を接続すること）を満たしていますが、日常生活のあらゆる場面でそれぞれの役割を果たしています。リジッドPCBとフレキシブルPCBの両方に多数の共通の設計ルールが使用されていますが、フレキシブルPCBは製造工程が増えるため、いくつかの追加ルールが必要です。さらに、リジッドPCBは一見すると安価に見えるかもしれませんが、フレキシブルPCBが高すぎると判断する前に、設計の所有コスト全体を考慮する必要があります。

すべてを考慮すると、すべての基板メーカーがフレキシブルPCBの組み立てに適しているわけではないことに注意することが重要です。フレキシブル基板の設計を開始する前に、様々な基板メーカーと面談し、フレキシブル基板製造の選択肢と関連コストについて話し合う必要があります。