PCB Blog - フレキシブル回路基板の製造

フレキシブル回路基板はフレックスPCBとも呼ばれ、柔軟性と適応性を必要とする用途向けに設計されています。リジッド回路基板とは異なり、フレキシブル回路基板は曲げたりねじったりできる材料で作られています。この適応性により、ウェアラブル、医療機器、自動車システム、航空宇宙アプリケーションなどのコンパクトでダイナミックな環境での使用に最適です。

フレキシブル回路基板は通常、導電性の銅層をポリイミドや同様のポリマーなどの絶縁層で挟んだものである。この素材の組み合わせは、柔軟性だけでなく、耐久性、熱安定性、過酷な条件への耐性を提供し、多くの高性能電子機器に不可欠です。

この記事では、フレキシブル回路基板製造の主なステップ、使用される材料、および高品質の基板を確保するためにメーカーが考慮しなければならない要因について見ていく。

フレキシブル回路基板製造における材料

フレキシブル回路基板製造に使用される材料の選択は、その機能性、柔軟性、耐久性にとって非常に重要である。フレキシブル回路基板では、以下の材料が一般的に使用されている：

1、基材：

ポリイミド：フレキシブル回路基板で最も広く使用されている基材である。柔軟性、耐熱性、電気絶縁性に優れ、過酷な環境にも耐え、高性能用途に適している。

ポリエステル（PET）：高い耐熱性を必要としない、コスト重視の用途向けのもう一つの選択肢。

2、導電層

銅：最も一般的な導電性材料で、優れた導電性を持ち、フレキシブル回路パターンにラミネートまたはエッチングすることができる。

電解銅（ED銅）：導電性を維持したまま必要な柔軟性が得られるため、通常フレキシブル回路に使用される。

3、接合材料

接着剤：導電性銅層をフレキシブル基板に接着するために使用される。一般的に使用される接着剤はアクリル樹脂やエポキシ樹脂で、強力な接着力があり、湿気や化学薬品に耐えることができる。

カバーフィルム：導電ラインを保護するための柔軟な絶縁層です。ポリイミドカバーフィルムがよく使用され、回路基板の柔軟性を維持しながら、環境影響からラインを保護することができます。

5、保護層：

耐久性を向上させるために、ソルダーレジストや保護膜などの層でコーティングし、環境ストレス、湿気、機械的損傷から回路基板を保護することができる。

フレキシブル回路基板の製造工程

フレキシブル回路基板の製造には複数の工程があり、正確な工程と技術が要求される。以下に主な製造工程を示す：

1、設計とレイアウト

フレキシブル回路基板の設計は、従来のリジッド回路基板とは異なり、使用中に基板が受ける可能性のある機械的な曲げやねじれを考慮する必要がある。レイアウトは通常、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを使用して行われ、エンジニアはストレスポイントを減らし、曲げ領域を最適化するために回路を慎重に設計する必要があります。

設計時に考慮すべき要素は以下の通り：

曲げ半径：最小曲げ半径は、使用する材料と用途によって決定される。

層構造：フレキシブル回路基板には片面、両面、多層構造があり、回路基板の柔軟性と電気的性能を考慮して設計する必要がある。

2、材料の準備

設計が完了したら、銅、基板、接着剤など、製造に必要な原材料を準備する。 通常、フレキシブル銅張積層板（FCCL）が回路のベースとして使用される。

3、回路パターニング

次のステップは、回路パターンを銅層に転写することで、主に2つの方法がある：

フォトリソグラフィ：フォトリソグラフィプロセスにより、銅表面にフォトレジストを塗布し、マスク露光と現像を経て、所望の回路パターンを形成する。

ダイレクト・レーザー・イメージング（DLI）：レーザーを使って銅層に回路パターンを直接刻む。

4、エッチング

回路パターンを形成した後、化学エッチングで余分な銅を除去します。不要な銅は薬液によって溶解され、必要な回路線だけが残る。

5、穴あけと穴形成

設計にスルーホールやビアが含まれている場合、このステップではドリル加工によってフレキシブル回路基板に穴を開けます。要求される精度に応じて、レーザードリルまたは機械的ドリル技術を使用することができる。

6、めっき

異なる層間の電気的接続を形成するため、ドリルで開けた穴をメッキする必要がある。接続の強度と信頼性を確保するため、電気メッキまたはディップメッキプロセスにより、穴の壁に銅の薄い層が析出される。

7、カバーフィルム塗布

次のステップは、導電ラインを保護するための保護カバーフィルムを貼ることである。この柔軟な層は、ホットプレス工程を経て回路基板にラミネートされ、銅導体が環境による損傷から確実に保護されます。

8、最終テストと品質管理

組み立てられたフレキシブル回路基板は、仕様に適合していることを確認するために厳しいテストが行われる。テストには以下が含まれる：

電気的テスト：回路の機能性と接続性を確認する。

機械的試験：さまざまな曲げや応力条件下でのボードの柔軟性と耐久性を評価する。

熱試験：基板が温度変化に耐えられることを確認します。

フレキシブル回路基板の利点

フレキシブル回路基板には、さまざまな利点をもたらすユニークな特性がある：

1、高いスペース効率：フレキシブル回路基板は、折り曲げたり、曲げたり、ねじったりすることができ、コンパクトなスペース、特に小型化された電子機器への設置に適している。

2、軽量化：複数のリジッド基板やコネクターの使用を減らすことで、フレキシブル回路基板は電子アセンブリ全体の重量を軽減し、これは特に航空宇宙や携帯機器に有益である。

3、耐久性：フレキシブル回路基板の柔軟性により、振動、機械的ストレス、衝撃に耐える能力があり、デバイスの全体的な信頼性が向上します。

4、高いシグナルインテグリティ：フレキシブル回路基板は、コンポーネント間の接続距離を短縮し、信号損失を低減し、電気的性能を向上させることができます。

5、幅広いアプリケーション：フレキシブル回路基板は、片面、両面、多層構造として設計することができ、さまざまなアプリケーションや要件に適した幅広いオプションを提供します。

フレキシブル回路基板製造の課題

フレキシブル回路基板には多くの利点があるが、その製造プロセスにはまだいくつかの課題がある：

1、材料費：ポリイミドなど、フレキシブル回路基板に使用される材料は通常、リジッド回路基板材料よりも高価であるため、製造コストが上昇する。

2、組み立ての複雑さ：フレキシブル回路基板の取り扱いと組み立てには、特別なツールとプロセスが必要である。

3、機械的強度の制限：フレキシブル回路基板は曲げたりねじったりすることができるが、過度の曲げや不適切な操作は機械的損傷を引き起こしやすい。

4、設計上の制限：フレキシブル回路基板の設計には、銅導体に過度のストレスがかからないよう、正確な計算が必要である。設計者は材料の物理的限界を熟知していなければならない。

結論

フレキシブル回路基板は、現代の電子アプリケーションにとって、柔軟で効率的かつ耐久性のあるソリューションである。コンパクトでダイナミックな環境に適応できるため、民生用電子機器から航空宇宙、医療機器に至るまで、幅広い分野で欠かせないものとなっている。しかし、製造工程では、回路基板が性能と耐久性の要件を満たすように、特殊な材料の使用、設計スキル、慎重な取り扱いが求められます。

材料、プロセス、課題を理解することで、製造業者は生産方法を最適化し、変化する技術の要求に応える高品質のフレキシブル回路基板を提供することができる。