PCB Blog - FPC（フレキシブル基板）の設計規則

FPCのフルネームはFlexible Printed Circuit、フレキシブル回路基板であり、FPCはPETまたはPIを基材として作製された回路基板である。従来の回路基板に比べて、厚さが薄く、軽量で折り畳み可能な特性がある。特に折り畳み可能な特徴は、PCB基板間の接続をより便利にし、基板間で空間立体式接続を実現できるようにする。

FPC設計における15の経験則

1、パッドの接続と固定

FPCボードの設計時には、孤立したパッドの使用を極力避けるべきである。孤立パッドはその後の加工、組立、さらには使用過程で、外力衝撃、振動などの影響を受けて脱落しやすい。比較的に、ワイヤまたは銅の皮を使用してパッドを接続することで、パッドのために安定した支持ネットワークを構築し、回路基板本体と密接に接続することができ、複雑で変化の多い状況でも強固で信頼性を確保することができる。

2、コネクタの選択

FPC設計では、挿入されたコネクタ形式を慎重に選択する必要があります。できるだけ圧着PADの形式を採用することを提案して、これは伝統的なパッド接続方式のため、回路基板が折り曲げ、引張などの外力の作用を受ける時、パッドの所は比較的に大きい応力の集中を受けることができて、長い間、パッドは回路基板から脱落しやすくて、接続が失効することを招く。一方、圧着PADはその特殊な機械的接続構造により、外力を効果的に分散させ、接続の安定性に堅固な保障を提供することができる。

3、皿中穴使用制限

FPCボード自体の厚さが薄く、構造が比較的脆弱であることを考慮して、回路設計を行う際には、ディスクの中の穴を使用することは推奨されていません。ディスク中の孔の加工過程は比較的に複雑で、しかも板材が薄いため、エッチング、めっきなどの工程後、銅漏れ現象が発生しやすい。銅漏れが発生すると、回路の導電性に影響を与えるだけでなく、短絡などの深刻な問題を引き起こす可能性があり、回路基板の信頼性に大きな危険性をもたらす。

4、スルーホールとパッドの間隔を制御する

FPCビアとパッドの距離は厳格に制御しなければならず、0.2 mm未満ではならない。これは、回路基板の実際の使用において、特に反転折り曲げを経験すると、ソルダーレジスト層が脱落する可能性があるためである。もしビアとパッドの距離が近すぎると、この時溶接抵抗が脱落するとビアから銅が漏れやすくなり、さらに回路の完全性が破壊され、信号伝送と電力配送に影響を与え、回路基板全体を廃棄する可能性もある。

5、貫通孔と板辺の間隔設計

FPC貫通孔の板縁からの間隔は0.5 mmより大きいことをお勧めします。板辺領域は回路基板が湾曲しているときに最も力を集中する部位の1つであり、貫通孔が板辺に近すぎると、回路基板が頻繁に湾曲すると、板辺は過大な応力を受けて折れやすくなり、回路基板の物理構造を直接破壊する。製品設計のニーズにより、より小さな間隔が必要な場合は、U字穴設計を推奨します。U型穴は通常の貫通穴と比較して、その特殊な形状は効果的に応力を分散することができて、そして板の辺が破断するリスクを下げて、回路板の折り曲げ過程における安定性を確保する。

6、銅を大面積に敷く考慮

FPC設計では、大面積銅舗装操作は提唱されていない。一方、銅を大面積に敷いてからソルダーレジスト膜を被覆すると、銅層とソルダーレジスト膜の熱膨張係数に差があるため、その後の加工や使用過程では、温度の変化に伴い、ソルダーレジスト膜の泡立ちを極めて起こしやすい。これは回路基板の外観に影響するだけでなく、溶接抵抗膜の保護機能を破壊し、内部回路を暴露し、短絡リスクを高めることが重要である。一方、ソルダーレジスト膜を被覆しないと、銅の皮は回路基板の折り曲げ過程で拘束力が不足し、しわが形成されやすく、さらに回路基板の平坦度に影響し、さらには線路の破断を引き起こす可能性がある。そのため、大面積銅敷きの代わりにメッシュ銅の皮を使用することが推奨されている。メッシュ銅皮は一定の導電性需要を満たすことができ、また合理的なメッシュ構造を透過して応力を効果的に分散することができ、同時に上述の泡立ちとしわの問題を回避した。

7、引き廻し経路の最適化

ワイヤパスがパッドに近づきすぎないようにしてください。ワイヤ引き廻し経路とパッドとの距離が0.2 mm未満の場合、後続の加工段階、例えばソルダーレジスト膜を塗布する場合、操作空間が狭いため、ソルダーレジスト膜が均一に被覆することが難しく、フレキシブル回路基板が折り曲げられ、熱を受けるなどの場合、ソルダーレジスト膜はパッド縁から脱落しやすい。抵抗溶接膜が脱落すると、パッドは有効な防護を失い、短絡、酸化などの問題が発生しやすく、回路基板の性能と信頼性に深刻な影響を与える。

8、並列レイアウトのポイント

設計が進み、ラインを配置するときは、ラインのレイアウトは均一で稠密であることを重視しなければならない。一部のワイヤが独立しすぎて疎であると、回路基板が力を受けて曲げられている間に、対応するパッドが過大な不均衡外力を受けて、パッドとワイヤの間の接続部に破断が発生します。均一で稠密な並排線配置は受力を均一に分散させ、パッドと線路全体の協同受力を確保し、回路基板の動的使用過程における安定性を高めることができる。

9、メッシュの銅皮方向と間隔の設定

メッシュ銅皮の選択と折り曲げ方向は45度角を呈し、このような設計は板材の機械的性質を高めるのに大いに役立つ。力学的な角度から見ると、45度角のメッシュ銅皮は回路基板が折り曲げられたときに応力分布によりよく順応し、変形に効果的に抵抗し、銅皮の引き裂きや破断を回避することができる。同時に、この角度設定は信号伝送にも有利であり、信号の反射と干渉を減少させ、回路の電気性能を向上させることができる。また、グリッド銅毛糸ピッチは0.2 mmに設定することを提案し、このピッチは十分な機械的強度を確保することができ、また導電性の面で比較的に良いバランスを達成することができ、大多数のFPC応用シーンの需要を満たす。

10、金指の設計詳細

FPCのゴールドフィンガー設計を行う場合、パッドはプレートカード境界内部に0.2 mm以上縮む必要がある。これは、FPCの製造加工において、各回路基板ユニットを分離するためにレーザー切断技術が採用されることが多いためである。金指パッドが板の縁に近づきすぎると、雷射切断時に発生する高カロリー、高エネルギー衝撃により金指の端に短絡現象が発生しやすくなる。適切な内縮は、レーザー切断の悪影響を受けないように、金指に安全な緩衝領域を提供することができる。

11、金指抵抗溶接膜処理

FPC金指のソルダーレジスト膜は、表裏ができるだけ位置合わせしないようにしてください。回路基板が折り曲げられている間に、整列されたソルダーレジスト膜は力を受けて同じ位置に集中しているため、折り曲げで亀裂が発生しやすい。一方、少しずらしたソルダーレジスト膜は受力を分散することができ、応力分布をより均一にし、ソルダーレジスト膜の亀裂のリスクを効果的に低減し、金指領域の防護効果を確保することができる。

12、金指開窓寸法ハンドル

FPC金指開窓は、ソルダーレジスト膜の寸法より少なくとも0.3 mm縮小すべきである。窓開きの大きさがソルダーレジスト膜に近すぎたり等しくなったりすると、回路基板の後続使用中、特に頻繁に折り曲げられると、金指が十分な付着力を欠いて脱落したり、接続回線との接続が脆弱になったりしやすくなり、最終的には切断を招き、回路基板全体の接続機能に影響を与える。

13、パッドピッチ調整

FPCパッドピッチは一般的なPCBパッドピッチよりも大きくなければならない。FPCの柔軟性特性のため、溶接中は従来のPCBに比べて変形しやすい。パッド間隔が小さすぎると、一方、溶接時に隣接するパッド間に半田がブリッジしやすくなり、短絡しやすくなる、一方、FPCパッドのピッチが小さすぎるため一般的にはソルダーレジスト膜をカバーすることができず、無理にカバーしても、回路基板が折り曲げられたり、熱を受けたりする場合には、ソルダーレジスト膜が脱落しやすくなり、ソルダーレジストがハングアップしやすくなり、短絡リスクがさらに増加する。したがって、フレキシブル回路基板のパッドピッチを合理的に増大させることは、溶接品質と回路信頼性を確保するために必要な措置である。

14、スペルの注意事項

FPCをスペルする際は、金指に切手の穴や溝を開けないように注意してください。金指は回路基板の対外接続を実現する重要な部位であり、その完全性と安定性は回路システム全体にとって極めて重要である。切手穴や溝の存在は金指の構造を破壊し、その接続強度を弱め、その後の加工、分離及び使用過程において、金指の破断、接触不良などの問題を招きやすく、回路基板の性能に深刻な影響を与える。

15、連結部分の補強措置

金指または他の接続部分では、補強処理を行い、内層に剛性材料を加えることによって局所的な剛性を高めることが好ましい。これらの接続部は回路基板の使用過程において、通常、挿抜力、曲げ力などの大きな外力作用を受けている。剛性材料を増加することで、これらの部位の機械的性能を強化し、外力衝撃をよりよく防ぎ、接続の安定性と信頼性を確保し、回路基板の使用寿命を延長することができる。

上記15の経験則に従って、設計者はFPC設計の複雑な迷路の中ではっきりした経路を見つけることができて、性能が卓越して、安定で信頼性のあるフレキシブルな回路基板を作り出して、現代の電子機器の革新と発展に強大な動力を注入する。