リジッドフレックスプリント基板形状やサイズが多様な現代の電子機器に独自のソリューションを提供します。
一部のリジッドフレックスプリント基板 (補聴器に使用されるプリント基板など) は、サイズが小さいため、製造が非常に困難です。ただし、サイズに関係なく、フレックス ボードとハード ボードの間の移行ゾーンの設計は、その後の製造と使用の信頼性に影響します。移行ゾーンは、製造プロセスと組立プロセスの両方、また日常生活におけるさまざまな使用シナリオから生じる機械的ストレスや熱ストレスにさらされます。したがって、設計を行う際には、不適切な設計がもたらす潜在的なリスクを十分に認識する必要があります。
IPC-6013 規格によれば、リジッドフレックスプリント基板の遷移ゾーンは、ハード基板の端軸を中心とした幅 3mm の領域として定義されています (図 1 を参照)。
(図 1: リジッド フレックス プリント基板ジョイント プレートの遷移ゾーン (出典: NCAB リジッド フレックス プリント基板ジョイント プレート設計ガイドライン))
製造プロセスにおける特有の課題
フレックスリジッド基板は、従来のリジッド基板とは製造工程が異なります。フレックスボード領域でのラミネートが完了した後、すべての材料は最終ラミネート加工を受け、フレックスボードがハードボード領域に接着されます。 2回目のプレスの前に、樹脂がソフトボード領域に流れ込むのを防ぐためにシムがスタック内に配置され、その後、Felixプリント基板領域のシムがミリングプロセスによって除去されます。
図 1 には、移行ゾーン内で許容されるいくつかの欠陥もリストされています。これらの欠陥は、移行ゾーン内に機能的特徴が配置されている場合、フレックス リジッド ボードの最終性能に悪影響を与える可能性があります。
以下に、一般的な欠陥とその影響をいくつか示します。
クラッキングとハロー
ハードボードとフレックス板の接合部では、主に厚いハードボードと薄いフレックス板が積層後に段差構造を形成することにより、材料剥離や樹脂割れ、銅箔破断が発生します。曲げや熱サイクル中、応力は遷移線付近に集中します。
ラミネートボイド
移行ゾーン内の積層ギャップは許容可能です。フレックス リジッド ボードは通常、FR4 材料とポリイミドで構成されます。通常のリジッド基板のプリプレグは、層間ギャップを防ぎながら銅層を流動させて接着するために使用されます。フレックス リジッド ボードの FR4 プリプレグは、樹脂がフレックス ボード領域に流入するのを妨げる「低流動」または「非流動」特性を備えているため、遷移領域に積層ギャップが生じる可能性があります。
樹脂オーバーフロー（絞り出し）
PCB 工場では非流動 PP を使用してフレックス リジッド ボードを製造していますが、それでも接着材料の樹脂がハード ボードの端から溢れて移行領域に入る場合があります。 Flex を 1 回インストールするという要件の場合、これは問題にならない可能性があります。-ただし、Dynamic Flex を使用しているため、硬化樹脂の鋭利なエッジによりフレックスボードを損傷する可能性があります。
突き出た硬い誘電体材料
フレックスボード領域をミリングする際、積層ボイドや樹脂のオーバーフローにより、ハードボード誘電体層のわずかな突出が発生する場合があります。この欠陥はパフォーマンスには影響せず、IPC-6013 標準に従って許容されます。
銅の変形
遷移ゾーンでは材料が不安定であるため、銅のフィーチャは変形しやすく、亀裂や層間剥離が発生する場合もあります。銅が樹脂の充填を阻害し、樹脂が不足する可能性があるためです。さらに、層間の位置合わせの精度も影響を受ける可能性があります。
カバーレイのはみ出し
遷移領域にカバーフィルム材料を配置すると、問題が発生する可能性もあります。カバーフィルムのデザインが接着には適していません。FR4接合部にまで及ぶと接着不良による剥離が発生する可能性があります。
移行ゾーン内の機能設計: リスクと考慮事項
重要な問題は、製品の性能に影響を与えたり、過度の材料応力を引き起こしたりすることなく、機能的特徴を移行ゾーンまでどこまで拡張できるかということです。答えは「延長はほぼ不可能」です。図 2 に示すように、トランジション ゾーンやフレックス ボード領域の機能を設計および製造することは技術的には可能ですが、これは成熟したアプローチではありません。したがって、PCB サプライヤーとの緊密なコミュニケーションが重要です。 PCB サプライヤーの技術チームは、各プロセス能力の限界値を理解する必要があり、工場の能力と仕様に基づいて移行エリアで利用可能なスペースの範囲を通知します。
(図 2: 高度な製造能力 (出典: NCAB リジッドフレックス プリント基板設計ガイドライン))
図 2 では、左側にリストされている推奨値のリスクが最も低くなります。右側の「詳細」列の仕様を使用する場合は、すべての関係者が潜在的なリスクを完全に理解できるように特別な注意を払う必要があります。
小型化と製造能力の向上の傾向
回路技術の継続的な更新と反復により、今日の製品の絶え間なく出現する新しい需要を満たすために、新しいソリューションと製造プロセスが出現し続けています。小型化の傾向により、ソフト・ハード・ボンディング・ボードのプロセスは常にプロセス限界を突破する必要があります。 NCAB は、アプリケーション要件を満たし、すべての関係者が潜在的なリスクを認識している場合に限り、PCB 設計におけるイノベーションと最先端のテクノロジーを探求することを常に奨励しています。-
一部の PCB 工場では、移行領域が小さいリジッドフレックス プリント基板の生産をサポートできますが、それでも厳格な品質検査を実施することをお勧めします。同時に、次の点に注意を払う必要があります。
重要な機能を移行領域に配置しないようにする
サプライヤーとコミュニケーションをとり、サプライヤーの製造能力と許容可能なリスク範囲を理解する
アプリケーションの要件に応じてイノベーションと信頼性のバランスをとり、設計が最先端かつ実用的であることを保証します。{0}
リジッドフレックスプリント基板の遷移領域設計のエンジニアリング実践
1. 設計段階でのリスク評価とコミュニケーション
サプライヤーとの初期のコラボレーション: 設計の初期段階でサプライヤーのエンジニアリング チームとのコミュニケーションを確立する必要があります。移行領域の仕様 (幅、材料の選択など) はメーカーの製造能力に応じて異なる場合があり、一部のサプライヤーはより小さな移行領域 (IPC 6013 規格より 3 mm 低いなど) をサポートする場合がありますが、これには明確なリスク共有合意が必要です。
シミュレーションと応力解析: FEA (有限要素解析) ツールを設計に導入して、機械的曲げや熱サイクル下での遷移ゾーンの応力分布をシミュレーションします。これは、特に動的曲げアプリケーションで潜在的な弱点を特定するのに役立ちます。例えば、遷移領域における配線の配置方向は、断線の危険性を避けるため、曲げ軸に対して直角になることを極力避ける必要がある。
2. 材料の選択と遷移ゾーンの最適化
低流量/無流量 PP の特性のバランスを取る: 重要なプロジェクトでは、樹脂の流れ制御と層間接着強度のバランスを取るために遷移領域に特定の接着剤を使用するなど、混合材料ソリューションを採用できるかどうかをサプライヤーと話し合うことをお勧めします。
カバーフィルムとハードボード領域の間の境界処理: カバーフィルム (カバーレイ) を移行領域まで延長すると、層間剥離の問題が発生する可能性があります。実際には、カバーフィルムの設計が不適切なため、フレキシブルプリント基板部分が剥がれてしまう場合があります。設計時にカバーフィルムの端とハードボード領域の境界の間に少なくとも0.5mmの安全な距離を確保し、製造前にサプライヤーの加工精度を確認することをお勧めします。
3. 製造工程における品質管理のポイント
移行ゾーンの欠陥の許容基準: IPC- 6013 規格では移行ゾーンの欠陥 (積層ボイド、樹脂のオーバーフローなど) をある程度許容していますが、特に高信頼性の製品 (医療や航空用途など) の場合は、潜在的な長期故障リスクの特定に役立つ可能性があるため、受入れ時にサプライヤーに詳細なスライス分析レポートを要求することをお勧めします。
フライス加工の精密制御：ソフトボード領域をフライス加工する場合、加工精度は移行領域の誘電体の突起や樹脂のシャープエッジの問題に直接影響します。私たちの実務では、フライス加工の偏差によって引き起こされるソフトボード領域の損傷の問題に遭遇しましたが、最終的にはサプライヤーとフライス加工パラメータ (速度や送り速度など) を調整することで解決されました。プロセスの安定性を確認するために、製造の初期段階で小規模な試作を実施することをお勧めします。-
4. アプリケーションシナリオと移行ゾーン設計のマッチング
1 回限りの曲げと動的曲げの区別: 実際には、多くのお客様がこれら 2 つのアプリケーション シナリオを明確に区別しておらず、その結果、過度に保守的または積極的な設計になることがわかりました。たとえば、1 回曲げ領域では樹脂のオーバーフローを適切に受け入れることができますが、動的曲げでは移行領域の鋭利なエッジを厳密に制御する必要があります。-
小型化傾向における課題: デバイスの小型化 (ウェアラブル デバイス、補聴器など) によるリジッド フレックス プリント基板の需要の増加に伴い、移行領域の設計スペースはさらに圧縮されています。お客様は、信頼性テスト (曲げサイクル テストなど) を通じて設計を検証しながら、ハード ボード領域の厚さを減らしたり、フレキシブル ボードの位置を調整して移行領域のスペースを増やすなど、スタックの最適化を優先することをお勧めします。
5. 移行ゾーンにおける一般的な故障モード
たとえば、銅配線の破損、層間剥離、絶縁耐力の低下などです。これらの問題は、多くの場合、設計段階での環境要因 (温度や湿度のサイクルなど) の考慮が不十分であることに関連しています。実際の使用条件での応力をシミュレーションするために、製品開発の後期段階で加速劣化試験を実施することをお勧めします。
設計から製造までのクローズドループコラボレーション
リジッドフレックスプリント基板の遷移領域の処理には、設計、製造、およびアプリケーションシナリオ間のコラボレーションが必要です。私たちは常に次のことをお勧めします。
将来を見据えた設計: 設計段階で移行ゾーンの機械的応力と熱的応力を十分に考慮し、シミュレーション ツールとサプライヤーからのフィードバックを使用してソリューションを最適化します。
製造管理: サプライヤーと緊密に連携して、製造プロセス (フライス加工や積層など) が設計の期待を満たしていることを確認し、重要なノードで品質検証を実施します。
アプリケーション シナリオの適応: 製品のアプリケーション要件（1 回の曲げまたは動的曲げ）に基づいて設計戦略を調整し、パフォーマンスと信頼性のバランスを確保します。-
リジッドフレックスプリント基板に関するご要望がございましたら、お気軽にお問い合わせください。技術サポートを提供いたします。
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