フレキシブル基板の材料と構造：耐久性と高性能を実現するPCB設計

フレキシブル基板は、多様な用途で活用されています。小型で複雑な電子機器に安全に曲げて組み込めるため、スマートフォンなどの現代デバイスに最適です。また、高ストレス環境下での衝撃や振動を容易に吸収します。

リジッドフレックス基板は、標準的な基板構造とフレキシブル設計を組み合わせ、より高い耐久性が求められる状況に対応します。これらの多機能PCBの製造にどのような材料とレイアウトが関わっているか、気になったことはありませんか？本記事では、フレックスおよびリジッドフレックスPCBで一般的な材料と構造について簡潔に解説します。

フレックス基板に使用される材料

標準的なPCBの多くはガラス繊維や金属をベースにしていますが、フレックス基板のコアには柔軟性のあるポリマーが使用されます。ほとんどのフレックスPCBでは、基板としてポリイミド（PI）フィルムが採用されています。PIフィルムは加熱しても軟化せず、熱硬化後も柔軟性を維持します。多くの熱硬化性樹脂は加熱後に硬化するため、PIはフレックスPCB構造において優れた材料と言えます。標準的なPIフィルムは耐湿性と耐裂性に劣りますが、グレードアップしたPIフィルムを選択することでこれらの課題を軽減できます。

フレックスPCBでは、層同士を接着するために接着剤や特殊なベース材が必要です。従来は接着剤のみを使用していましたが、この方法ではPCBの信頼性が低下していました。この問題を解決するため、接着剤なしで銅に接合できる接着剤なしPIが開発されました。この材料により、より薄い設計が可能になり、ビア破損のリスクも低減します。フレックス基板の保護にはソルダーマスクの代わりに、同じくPIで作られたカバーレイフィルムが使用されます。フレックスPCBの特定エリアを硬質化したい場合、その部分にスタイフナーをラミネートできますが、フレックス部分とスタイフナー間で信号を伝送することはできません。

リジッドフレックスPCBの材料

リジッドフレックスPCBは、リジッドPCB材料とフレックス材料を接続します。その結果、基板の特定箇所のみが曲がるため、強度を保ちながら柔軟性も確保できます。リジッド部分とフレックス部分の間で信号を伝送したい場合は、リジッドフレックスPCBとして設計する必要があります。リジッドフレックス設計では、フレックス部分は一般的なフレックス基板と同様の構造です。一方、リジッド部分は標準的なリジッドPCBと同様の材料を持ち、多くの場合ガラス繊維を基板材料として使用します。多層リジッドフレックスPCBでは、中間基板層としてプリプレグガラス繊維も含まれます。

層構成によるフレックス基板の一般的なスタックアップ

単層および二層のフレックス基板には、多くの電子機器で採用されている一般的なスタックアップがあります。単層フレックス基板では、圧力感知接着剤（PSA）とFR-4ガラス繊維で作られたスタイフナーがよく使用されます。FR-4の断片がPCBの両端を安定させ、薄いPSA層が基板中央部の剛性を高めます。二層フレックスPCBはコンピュータ関連の用途が多いため、ゼロ挿入力（ZIF）コネクタを備える傾向があります。両端にPIスタイフナーを使用することで、ZIFコネクタへの接続に必要な柔軟性を確保します。

リジッドフレックスPCBには様々な構造がありますが、一般的なアプローチの一つは4層のリジッド層と2層のフレックス層で構成するものです。これには、ビア破損リスクを低減する接着剤なしPIで作られたコアが含まれます。この層とその銅箔の上に、2層のプリプレグがフレックス部分のカバーレイ接着剤とカバーレイ層に接続されます。リジッド部分には、さらに銅、ガラス繊維、ソルダーマスクの層が追加されます。

用途に最適なフレックス基板の選択

MCLのカスタマーサポートチームが、お客様のフレックスまたはリジッドフレックスPCBに最適な材料と構造を見つけるお手伝いをします。お問い合わせページからご連絡ください。