リジッド フレックス PCB 設計:迅速な設計のためのスキルをさらに習得する方法

リジッド フレックス PCB 設計は、それを作成するための熟練した技術的スキルが必要なため、設計が複雑な PCB と見なされています。確かに、洗練されているため、通常の回路基板のデザインとは一線を画しています。間違いなく、リジッド フレックス PCB の機能により、より現代的な技術の進歩に採用されています。

したがって、高品質の PCB を設計するには、設計プロセスを知り、習得することが不可欠です。この記事では、ガイド付きの設計プロセスについて学びます。さらに、発生する可能性のある特定の問題と、発生した場合の予防措置についても言及します。

(リジッドフレックス PCB のカラフルなイラスト)

1.リジッドフレックス PCB とは?

名前が示すように、リジッド フレックス プリント回路基板 (RFP) は、電子アプリケーションでフレキシブル基板技術とリジッド基板技術の統合を使用するハイブリッド基板です。ほとんどすべてのリジッドフレックス PCB は、固定難燃性タイプ 4 (FR4) 補強材上に柔軟なポリイミド コンポーネントを設計しています。

調べてみると、ボードの一部が柔軟で、他の部分が硬いことがわかります。さらに、回路を簡単に曲げたり折りたたんだりしても、より多くのサポートが必要な領域の形状を維持できます。

（リジッドフレキシブル PCB のハイテク背景）

2.リジッドフレックスレイヤースタックタイプのデザイン

メーカーは PCB を多層スタックとして設計し、Z プレーンとも呼ばれる各層のレイアウトを垂直に定義します。層のスタックは、任意のボードで単一のユニットの製造を行います。

2.1 最適なレイヤ スタッキング戦略

完璧なレイヤー スタックアップ戦略により、トレースとグランド プレーンを配置して EMI をブロックできます。さらに、リジッドフレックス設計と設計の温度に適応する必要があります。

多層スタック が望ましいです。それは次の理由によるものです;

• シグナル プレーンとグランド プレーンを交互に切り替えることができます。
• 各層の間に誘電体またはプリプレグがあります。
• 熱の問題を考慮します。
• アナログ要素とデジタル要素を備えたデバイスに対応します。ただし、デバイスはスタックアップで個別のグランド層を使用する必要があります。分離の本質は、ノイズの結合を避け、EMI を防ぐことです。

2.2 単層機能

• 1 つまたは 2 つのポリイミド アウター カバー層がある
• 片側または両側にアクセスできる穴があります。
• コンポーネントの穴にプレートがありません
• コンポーネント、補強材、ピン、コネクタを単層タイプで使用できます。
• 静的および動的フレックスを扱うアプリケーションに強くお勧めします。

2.3 二重層の特徴

• デザイナーが穴を通してめっきを行うため、2 つの層の間で接続が可能になります。
• 補強材がなくても、コンポーネント、補強材、ピン、およびコネクタを使用できます。
• 層間に絶縁体が挟まれた 2 つの導電層が存在します。デザイナーは、外層を覆うか、パッドを開いたままにしておくことができます。
• カバーされていないパッドまたはアクセス ホールが両側にあります。ビアは両側にカバーがあります。
• 固定およびアクティブ フレックス アプリケーションに適用できます。

2.4 多層機能

• まず、多層 PCB には 3 つ以上の柔軟な導電層があります。次に、設計者は各層の間に柔軟な断熱コンポーネントを配置します。最後に、外層を覆うかパッドを露出させるかを選択できます。
• ビアもカバーまたは露出できます。
• コンタクト ホールまたはフリー パッドが PCB の片側または両側にあります。
• コンポーネント、補強材、ピン、コネクタなど、さまざまな材料を利用できます。
• 静的フレックス アプリケーションでよく見られます。

(多層PCBのクローズアップ)

3.リジッドフレックス PCB の適用範囲

RFP には、電子機器、時には制御システムで幅広い用途があります。使用される製品に応じて、そのアプリケーションが見つかります。

• 家電
• 自動車産業
• 航空宇宙産業
• 管制塔システム
• CCTV 監視システム
• 産業オートメーション システム
• コントロール パネル

(マザーボード上のリジッドフレックス PCB アプリケーションの例)

4.リジッドフレックス設計のガイドライン。

RFP の組み立て/設計に適切なガイドラインがないと、最終製品に課題が生じる可能性があります。したがって、規定された指示に従って手紙を書くことで、大きな節約ができます。

以下は、PCB を設計する際に従うことができるいくつかの標準的なガイドラインです。

• まず、材料の種類 (接着剤、導体など)、製造方法 (圧力と熱が必要かどうか)、層の数を準備します。
• 2 つ目は、銅配線を 90° の角度で固定して柔軟に曲げるように配置することです。
• 次に、フレックス回路とリジッド ボードの両方に影響を与える電気化学的要因を考えます。それに関しては、曲げ半径と厚さの比率に注目する必要があります。原則として、曲げ半径はフレックス素材の厚さの 10 倍以上にする必要があります。
• さらに、銅環と隣接するビアの間に 0.5 mm の距離を残す必要があります。密接な接続は、頻繁に曲げた後によく発生する疲労を引き起こす可能性があります。ここでも、ビアは基板上の動かない領域、つまりめったに動かない場所に配置する必要があります。
• 最後に、製品の動作条件を確認してください。別の言い方をすれば、温度変化、冷却、湿度、衝撃、不燃性、振動などの周囲条件を確認してください。

5.リジッド フレックス PCB 設計にはどの材料を選択する必要がありますか?

基板とカバーレイ フィルム

好ましいタイプは織りファイバーグラスです エポキシ樹脂でサンドイッチ .グラスファイバーにはある程度の弾力性があります。一方、硬化したエポキシはボードを硬く見せます。エポキシを使用するには動きの少ない状態が必要です。

ポリイミド 柔軟性が向上するため、エポキシの代替品となります。さらに、この素​​材は手で簡単に引き裂いたり伸ばしたりすることはできません。最後に、耐熱性が高いため、温度が変動しても安定性が維持されます。

ポリエステル (PET) 多くの場合、設計中に一般的に適用されます。この素材の欠点は、極端な温度では長く生き残れないという事実です。したがって、低コストの電子製品にそのアプリケーションを見つけることができます。

ポリテトラフルオロエチレン (PTFE) PETの代わりに行動することができます。主に、誘電率の低い高周波製品で使用します。

カバーレイ 絶縁体として機能し、外面を損傷や不要な劣化から保護します。

(エポキシ樹脂のクローズアップ)

指揮者

選択肢はカーボンフィルムや銀ベースのインクとさまざまですが、最も好ましいのは銅です。銅の選択は、そのアプリケーションに最も確実に適合します。たとえば、ラミネート加工された銅箔 (電着) ) は、シンプルで柔軟な回路部品に適しています。または、大電流を運ぶ導体を維持するために重量のある銅が適合します。

市場に出回っているもう 1 つの導体は、Rolled Annealed (RA) 箔です。 .標準の銅よりもコストがかかりますが、伸びと跳ねの品質は優れています。

接着剤

接着剤は柔軟性のためのものです。その機能は、熱と圧力だけでは信頼できる接続を形成できないため、銅箔をポリイミドまたは他のフィルムに接着することです。使用される材料には、アクリル系またはエポキシ系の接着剤が含まれます 厚さは約 0.5 ～ 1 ミルです。

シリコーンも使用できます ホットメルト接着剤 フレックスとリジッドのインターフェースで。

(シリコン使用)

6.リジッドフレキシブル PCB 設計用ソフトウェア

PCB 設計でソフトウェアを使用して、PCB をアニメートし、明確に定義することができます。プロセスをすぐに開始できる 2 つの既知の方法を次に示します。

統合された ECAD/MCAD ツール

ECAD/MCAD は、電気と機械のドメイン間の双方向のコラボレーションを可能にします。このツールは、フォトリアリスティック 3D を使用して設計を視覚的に検証し、反復を減らします。以下を確認することで、設計プロセスを簡素化します。

アルティウム デザイナー

Altium Designer の PCB は、約 32 の信号層と 16 のプレーン層をサポートする層状設計設定です。高度な Altium Designer は、単一のプラットフォームでリジッド フレックス PCB アセンブリに必要なツールを提供できる唯一の PCB 設計ソフトウェアです。

あるいは、Altium Designer は、回路基板のリアルな 3 次元表現を提示する強力な 3D レンダリング エンジンを備えています。エンジンはリジッドフレックス基板に対応しており、基板をフラットな状態で検査できます。

7.リジッドフレックス PCB 設計に関する注意事項

ガイドラインに従わないと、悲惨な結果を招く可能性があります。さらに、手順のステップを逃すと、材料、時間、およびお金の無駄につながる可能性があります。

設計プロセスの前に覚えておく必要がある一般的な注意事項がいくつかあります。

• コーナーで曲がらないようにします。その場合は、角が鋭利ではなく、湾曲していることを確認してください。
• 曲げ線の近くにコンポーネントやビアを配置しないでください。ベンド ラインは、材料に応力を発生させて配線に影響を与えます。
• フレックス回路に電源プレーンまたはグランド プレーンを配置する場合は、ハッチングされた多角形を使用して柔軟性を維持します。
• トレースの幅を徐々に変更します。トレース幅の急激な変化は弱点につながる可能性があります。
• 最大の柔軟性と低コストを実現するには、フレックス レイヤーを最低 2 つにします。
• 厚さが最も薄く、材料の種類が少ないプリント回路基板を使用します。分厚いRFPは組立品の小型化に影響を与え、製造工程に支障をきたします。
• ワイヤの配置は、耐衝撃性を強化するための耐折り畳み要件を示しています。

8.リジッド フレックス PCB 設計では、頻繁に問題が発生しました。

• 柔軟な PCB 曲げ半径と位置

ボードが長期間にわたって曲がると、一部のフレックス回路部品は対応する部品よりも余分な応力がかかります。丸みの少ない半径も、身体的ストレスの一因となります。

• リジッドフレキシブル PCB の機械的要件に関連する問題が発生する可能性があります。回路基板の厚さ（厚い基板は効率が悪い）、曲げ形状、曲げ回数、および基板の厚さに対するドリル穴の直径の比率に関係します。
• パッドと銅配線の間のスペースを正しく配置しないと、短絡が発生する可能性があります。したがって、距離はマスクを収納できる必要があります。
• 誘電体の反対側の同様の場所に見られる積み重ねられたトレースは、その位置に起因するストレスを受け、悲惨なことにそれらを破損させます。文の断片のようです。完全な文として書き直すことを検討してください。
• 設計者は、PCB に過剰な量のカバー フィルムを適用した場合、下にある損傷トレースを引き起こす可能性があります。

まとめ：

全体として、予防措置を講じることで、PCB 設計における効果のパーセンテージが高くなります。このような行動は、コストを節約し、取締役会の寿命を延ばし、全体的な面で計画の品質を維持するため、称賛に値します.

この記事で基本的なリジッド フレックスの知識を得ていただければ幸いです。お問い合わせ、ご不明な点、コメントがございましたら、お気軽にお問い合わせください。実際、段階的な学習セッションに参加していただければ幸いです。