リジッドフレックスプリント基板は、硬い領域では安定した機械的サポートを提供し、柔軟な領域では柔軟な曲げ接続を提供できるため、家庭用電化製品、自動車エレクトロニクス、航空宇宙、その他の分野で広く使用されています。スマートフォンの折りたたみ式スクリーン接続から自動車のエンジン コンパートメント内の複雑な配線に至るまで、リジッド フレックス プリント基板は重要な役割を果たしています。設計および製造プロセスにおいて、曲げ半径の制御は製品の性能と信頼性を確保するための中核要素です。不適切な曲げ半径は、銅箔の亀裂、誘電体層の剥離、回路の破損などの一連の重大な問題を引き起こす可能性があり、電子製品の機能全体の故障につながる可能性があります。
1、リジッドフレックスプリント基板の構造と曲げ原理
1. 構造構成
リジッドフレックスプリント基板は、リジッド領域、フレキシブル領域、およびその 2 つの間の移行領域で構成されます。 FR-4 などの硬質ベース材料は通常、硬質領域で使用され、従来の多層プリント基板と同様に、多層銅箔と誘電体層が重ねられ、コンポーネントの取り付けに強固な基盤を提供します。フレキシブル領域は基板としてポリイミドを使用し、銅箔とカバーフィルムを組み合わせて基板を曲げることができます。トランジションゾーンは剛性と柔軟性をスムーズに繋ぐ重要な部分です。特定の積層プロセスにより、異なるゾーン間の電気接続と機械的特性の連続性が確保されます。
2. 曲げ原理
リジッドフレックスプリント基板のフレキシブル領域が曲がると、内側の素材には圧縮応力がかかり、外側の素材には引張応力がかかります。曲げの程度が大きくなると応力が蓄積され続けます。材料が耐えられる応力には限界があり、この限界を超えると材料の損傷を引き起こす可能性があります。曲げ半径が小さいほど、材料の内側と外側の応力差が大きくなり、損傷の危険性が高くなります。たとえば、ウェアラブル デバイスでは、リジッド フレックス プリント基板を頻繁に曲げる必要があります。曲げ半径が適切に設計されていないと、短期間で銅箔切れが発生し、機器の故障の原因となる可能性があります。
2、曲げ半径に影響を与える主な要因
1. 材料特性
銅箔
主な導電層としての銅箔は、その厚さにより曲げ性能に大きな影響を与えます。銅箔が厚い（35μm以上）と剛性が高いため、曲げると引っ張り応力が大きくなり、クラックが発生しやすくなります。多層銅箔構造により、フレキシブル領域の総厚さが増加するため、必要な曲げ半径が増加します。たとえば、一部の電源回路で使用される厚い銅箔のリジッドフレックスプリント基板は、信頼性を確保するために通常の銅箔厚の基板と比較して大きな曲げ半径が必要です。
基板
フレキシブル領域で一般的に使用される PI フィルム基板の厚さは、曲げ性能を決定する重要な要素です。薄い基板（25 μm 以下）は小さな曲げ半径の設計に適していますが、機械的強度が低く、長期間の曲げでは疲労破壊が発生しやすくなります。-厚い基板（50μm以上）は機械的強度は高くなりますが、曲げ性能が悪く、より大きな曲げ半径が必要になります。スペースを必要とするスマートフォンの内部配線では、小さな曲げ半径を実現し、コンパクトなスペースレイアウトの要件を満たすために、薄いPI基板がよく使用されます。
カバーフィルム
被覆フィルムの厚さと材料特性は、曲げ時の応力分布に影響します。被覆膜が薄いと可撓部の屈曲性能は向上しますが、耐摩耗性や絶縁性能が低下する可能性があります。被覆フィルムが厚いと曲げ剛性が高まるため、より大きな曲げ半径が必要になります。車載センサーの接続に使用されるリジッドフレックスプリント基板では、複雑な環境下での長期信頼性を確保するため、やや厚く高性能な被覆フィルムが選択されており、それに伴い曲げ半径を大きく設計する必要があります。-
2. 取締役会の構成
レイヤー数
柔軟な部分の層が増えると、全体の厚さが厚くなり、曲げ性能が低下します。積み重ねすぎると内部応力が増大し、曲げ加工時に問題が発生しやすくなります。したがって、設計では、曲げ性能を向上させるために、可撓性層の数を可能な限り最小限にする必要があります。
対称スタッキング
柔軟な領域の積層構造の対称性は非常に重要です。銅箔の厚さまたは基板の厚さの非対称など、非対称構造は曲げの際に応力集中を生じ、亀裂や層間剥離のリスクを大幅に高める可能性があります。対称的な積層を確保することによってのみ、応力が均一に分散され、良好な曲げ性能が保証されます。
3、曲げ半径の管理基準と計算方法
1. 業界標準
IPC-2223 などの業界標準は、リジッドフレックスプリント基板の曲げ半径に関するガイダンスを提供します。一般に、亀裂や機械的故障を避けるために、推奨される曲げ半径はフレキシブル基板の厚さの 10 ～ 15 倍です。ただし、アプリケーションのシナリオが異なれば、信頼性に対する要件も異なり、規格も異なる場合があります。航空宇宙などの高い信頼性要件が求められる分野では、曲げ半径の規格がより厳格になることがよくあります。
2. 経験式計算
片曲げ
豊富な実務経験に基づいて、1 回の曲げでの最小曲げ半径を計算する式は Rmin1=k1 × T です。ここで、Rmin1 は 1 回の曲げでの最小曲げ半径、T はフレキシブル部分の合計の厚さ、k1 は単一の曲げ係数で、通常は 6 ～ 10 の範囲です。たとえば、フレキシブル部分の合計の厚さが 0.2mm の場合、k1 を 8 とすると、Rmin1=8 × 0.2=1.6mm。
繰り返しの曲げ
頻繁な曲げが必要なアプリケーション シナリオの場合、繰り返し曲げの最小曲げ半径を計算する式は、Rmin2=k2 × T です。Rmin2 は繰り返し曲げの最小曲げ半径、k2 は繰り返し曲げの係数で、通常は 12 ～ 20 です。フレキシブル パーツの合計厚さがまだ 0.2mm で、k2 が 15 に設定されている場合、Rmin2=15 × 0.2=3mm になります。
4、曲げ半径の最適化対策
1. 配線の最適化
直角回転は避けてください
湾曲した領域では、信号線は直角の曲がりを避け、湾曲した渡り配線方法を使用する必要があります。直角では応力集中が発生しますが、円形の移行では応力を効果的に分散させ、銅箔の亀裂のリスクを軽減できます。
分散配線
局所的な応力を軽減するために、湾曲した領域に複数の信号線が集中することを避けてください。信号を均等に分配するための合理的な配線計画は、曲げの信頼性を向上させるのに役立ちます。
線の幅と間隔を調整する
曲げ加工時のショートやクラックを防止し、安定した電気的性能を確保するには、湾曲領域の線幅を適切に広げ（通常は従来の線幅の1.5倍）、線間隔を広くする必要があります。
2. 階層化設計の最適化
レイヤーの数を減らす
柔軟な層の数を簡素化し、全体の厚さを減らし、曲げ性能を向上させ、内部応力の発生を軽減します。
対称的なスタッキングを保証する
銅箔とカバーフィルムの対称的な積層を厳密に確保することで、曲げ時の応力を均一に分散し、応力集中によるさまざまな問題を回避します。
3. 被覆膜の最適化
延性の高い材料を選択する
高延性ポリイミドなどの被覆フィルム素材を使用し、フレキシブル部の曲げ性能を高め、基板の耐久性を向上させます。
合理的な窓のデザイン
応力集中を軽減するために、曲面領域のカバー フィルムに窓の設計を適用する必要がありますが、窓が電気絶縁性能に影響を与えないことを確認する必要があります。
4. 曲げ部設計の最適化
湾曲した緩衝ゾーンを設定する
湾曲領域の周囲にバッファゾーンを設計して、この領域での過剰な信号配線とビアを避け、応力干渉を軽減します。
曲げ方向を明確に定義する
フレキシブル部品の曲げ方向を明確に定義し、複雑な応力分布を回避し、安定した信頼性の高い曲げプロセスを保証します。
5. スルーホール応力管理
スルーホールの数を減らす
曲面部にスルーホールを設けると局所的な応力が増大するため、応力集中点を減らすためにスルーホールの設置は極力少なくする必要があります。
強化されたスルーホール技術の採用-
貫通穴を埋めるまたは貫通穴をブラインド埋めするプロセスを使用することにより、曲げ時の貫通穴の安定性が向上し、クラックが発生するのを防ぐことができます。
リジッドフレックスプリント基板の曲げ半径を制御するための規格は、その性能と信頼性を確保するために非常に重要です。曲げ半径に影響を与える材料特性と層構造要因を深く理解し、業界標準と経験式を使用して曲げ半径を正確に計算し、配線の最適化や積層の最適化などの一連の効果的な対策を講じることにより、リジッドフレックスプリント基板の曲げ性能を大幅に向上させることができます。