成功するフレックス回路設計ガイドライン

携帯電話から冷蔵庫、自動車、ウェアラブル医療機器に至るまで、あらゆる分野でセンサーとテクノロジーが使用されている回路基板は、さまざまな種類の製品のコンポーネントです。今日の電子機器の世界では、オン/オフスイッチを備えた製品には回路基板が含まれています。その汎用性により、フレックス回路の使用は最も急速に成長している製品市場セグメントのXNUMXつです。

フレックス回路とリジッドフレックス回路の導入により、エンジニアは新しく革新的な製品を設計する上でより創造的になる機会が与えられました。フレックスボードとリジッドフレックスボードは、機械的な摩耗や振動に対する耐性を確保しながら、狭い4次元空間に収まるように作られています。エンジニアは、ボードを狭いスペースに収め、ねじって回転させてパッケージングし、よりダイナミックな環境で製品を稼働させる必要のある製品を設計できます。これらのフレキシブル回路は、従来のリジッドFRXNUMXボードと同じパフォーマンスレベルを備えていますが、設計、製造、および組み立てに関しては、独自のニュアンスと考慮事項があります。

デザイン/レイアウト

フレックス回路を設計するときは、ボードの特定のアプリケーションを知ることが重要です。静的または動的な環境で使用されますか？ボードがほとんどまたはまったく動かない静的な環境に置かれる場合、回路設計には、製品内に簡単に設置できるように、適切な量の柔軟性が必要です。あるいは、ボードが連続的に前後に曲がる動的な環境にボードが存在する場合は、連続的な動きに耐えることができるレベルの柔軟性を設計で考慮する必要があります。

アプリケーションにはフレックスボードまたはリジッドフレックスボードが必要ですか？製品に片面表面実装技術が必要な場合は、オールフレックスボードが最適です。製品に両面表面実装技術が必要な場合は、リジッドフレックスボードが必要です。

それがハードウェアエンジニア、機械エンジニア、または経験豊富なレイアウトボード設計者であるかどうかにかかわらず、誰もがフレックス回路を初めてレイアウトすることに少し不安を感じています。彼らの仮定は、フレックス回路を設計するためのアプローチがリジッドボードとは非常に異なるということです。しかし、実際のところ、フレックス回路のレイアウトはリジッドボードと非常に似ていますが、わずかな違いがあります。リジッドボードのように、ソフトウェアですべてのレイヤーを設定します。出力ファイルはすべて同じです。唯一の実際の違いは、カバーレイヤー、補強材レイヤー、および覚えておくべきいくつかの基本的な設計ルールです。フレックス回路が本質的に屈曲することを理解することは、ビア、終端トレース、鋭角などの主要な機能を曲げ領域から遠ざける必要があることを意味します。フレックス回路はポリイミド材料でできているため、処理がより困難になるため、トレース、ビア、環状リング、パッド、および間隔をできるだけ大きくしてください。トレースのどれだけ小さいか、またはそれを介して使用できるかとよく聞かれます。好きなだけ小さくすることができますが、製造がより難しくなり、信頼性が重要になります。フレックスサーキットよりもリジッドボードの方がはるかにタイトな機能で逃げることができます。通常、リジッドボードでは、銅の特徴を保護するためにはんだマスクが外層に適用されます。フレックスボードでは、外側の銅フィーチャは通常、カバー層で保護されています。デザインファイルで、レイアウト設計者はこのカバーレイヤーをソルダーマスクレイヤーと同じように作成する必要があります。フレックス設計との最後の違いは補強材です。補強材は、フレックス回路基板の特定の領域にサポートを追加するために使用されます。補強材はフレックス回路の複数の領域に配置でき、ボードのいずれかの側に配置できます。設計ファイルでは、すべての補強材がXNUMXつのファイルで表されている場合、ボードのどちら側に適用する必要があるかを製造図面で特定する必要があります。それ以外の場合は、フレックス回路の上部と下部の補強材用に別々の層を作成する必要があります。

フレックス回路基板の特定の領域に対する追加のサポートが必要な場合、または取り付けられたコンポーネントやコネクタの保護が必要な場合は、設計に補強材を含めるのが最善のオプションです。これにより、回路が動かなくなり、はんだ接合部の完全性が保護されます。補強材は、サポートしているコンポーネントの反対側に配置するのが最適であることを覚えておくことが重要です。選択できる補強材には多くの種類があります。ポリイミド、FR4、ステンレス鋼、アルミニウムまたは他の多くのオプション。補強材の厚さは、ボードの使用方法によって異なります。補強材が厚いほど、より多くのサポートが提供されます。ボードが狭い/狭いスペースで使用されている場合、補強材の厚さが問題になる可能性があり、より薄い補強材が必要になります。補強材の写真をご覧ください。

設計者は最初のフレックス回路を完成させたので、最初のリジッドフレックスをレイアウトする作業を行います。混乱と不安のレベルはちょうどXNUMX倍になりました。エンジニアは、ボードのフレックス部分がボードのリジッドセクションに接着されているか、何らかの形で取り付けられていると考えることがよくあります。 RIGID-FLEXPICTUREを参照してください。リジッドフレックスは、すべてのリジッドボードやフレックスボードと同じように、レイヤーをレイヤーの上に積み重ねる方法で構築されています。リジッドフレックスの設計に関しては、アプローチは他の回路基板と同じです。主な違いは、リジッドレイヤーの特定の領域がデザインファイルで空白になることです。ボードメーカーはこれをフレックス領域として認識し、それに応じてボードを計画します。

リジッドボードとは異なり、フレックス回路にはさまざまなバリエーションがあるため、設計に詳細な製造図面を添付することが非常に重要です。製造図面は、製造業者が見落とさないように、すべての詳細を示す必要があります。最悪のことは、メーカーにあなたが必要とするものを想定させることです。フレックス回路には多くの可動変数があるため、詳細は非常に重要です。

材料

フレックス回路は一般的にポリイミド材料で作られています。米国のほとんどのメーカーは、デュポン製のポリイミドを使用します。米国以外のメーカーは、コストと入手可能性のために他の材料サプライヤーを使用する場合があります。ただし、フレックス回路は独自のものであるため、プロトタイプで同じ材料を使用して、最終的に大量生産に使用することをお勧めします。テスト中、フレックス回路が耐えられるサイクル数を確認しようとしています。以下は、フレックス回路の曲げ半径に関する一般的な規則です。展示物A。

曲げ半径の規則は、単なる一般的なガイドラインです。フレックス回路がどれだけ曲がることができるか、またはそれが何サイクル耐えられるかを決定する絶対的な方法は、それをストレステストすることです。

いくつかの要因が、フレックス回路がフレックスできる量に影響します。材料の選択は非常に重要です。ボードの厚さが柔軟性を決定しますが、材料はフレックス回路の品質とライフサイクルに役立ちます。フレックス回路で使用される銅の種類は非常に重要です。市場で入手可能な銅には、ED銅（堆積銅）とロール焼きなまし銅のXNUMX種類があります。可能であれば、ED銅はメッキプロセスであり、銅は非常に脆いため、避ける必要があります。ロール焼きなまし銅が好ましい。銅はフレックス素材に巻かれているため、非常に展性があります。そうは言っても、製造図面で粒子の方向を示すことも重要です。粒子を曲げ方向と同じ方向に移動させます。グランドプレーンなどの銅のソリッド領域は、可能であればクロスハッチングする必要があります。これにより、フレックス回路がより柔軟になります。

製作

設計が完了したので、フレックスボードをできるだけ早く構築しましょう。すべてのエンジニアリングプロジェクトと同様に、このフレックスボードは予定より遅れているため、明日までに必要になります。結局のところ、リジッドボードはXNUMX日かXNUMX日で構築できるので、回路を曲げてみませんか。やめる！それほど速くはありません、私の友人。

フレックス回路を製造する場合、より長いリードタイムが必要になります。フレックスボードは、従来のリジッド回路基板よりも製造が難しいため、製造時間が長くなります。ポリイミド素材で作られたフレックス回路。素材は薄くて壊れやすく、扱いにくいです。ビアの穴あけは異なります。ビアをプレートするための化学的性質は異なります。補強材とカバーレイには多くの手作業が必要になる場合があります。これらすべての違いにより、ほとんどのメーカーは2営業日よりも早くフレックス回路を構築することができません。ここでは、XNUMX層のフレックス回路について話しているだけです。フレックス回路の層数が多い場合、製造までの所要時間はXNUMX〜XNUMX週間になります。

次に、リジッドフレックス回路の製造に取り掛かります。リジッドフレックス回路は、まったく別の動物です。リジッドフレックスの事前の計画とカムは、ボードが実際に製造現場にリリースされる前に、実行するのに2〜3日かかる場合があります。リジッドフレックスは多くの異なるステップを踏むため、この先行エンジニアリング作業は非常に重要であり、すべてのステップはリジッドフレックスの製造を成功させるために重要です。注意すべき最も重要なことの6つは、リジッドフレックスにはさまざまなスタックアップがあります。同様のスタックアップを持つ製造現場で複数のリジッドフレックスジョブが発生することはめったにありません。リジッドボードでは、5層ボードすべてが同じ方法で処理されます。リジッドフレックスを使用すると、製造現場で6層のXNUMXつのジョブを実行でき、それらはすべて異なる方法で処理できます。

例 -

ボード＃1-6層のボード—4層のリジッドと2層のフレックスがあります。

ボード＃2 –-6層のボード—3層のリジッドと3層のフレックスがあります。

ボード＃3 —6層ボード— 4層フレックスを備えた2層リジッドですが、2フレックス層は異なる層にあります。

リジッドフレックス回路製造のもうXNUMXつの難しさは、XNUMXつの異なるタイプの材料での作業の組み合わせです。リジッドフレックスは、リジッド素材とフレックスサーキット素材を組み合わせたものです。それらにはXNUMXつの異なるプロパティがあるため、操作するのは難しいです。これが、同じ施設でリジッド回路とフレックス回路を構築する回路基板メーカーがあまり多くない理由です。各回路基板メーカーは、それぞれ自分たちが最もよく構築しているものに固執しています。リジッドフレックス回路で最も一般的な障害は、めっきプロセスに起因します。ビアのメッキが適切に行われていないと、ボイド、クラック、層間剥離が発生します。 XNUMXつの異なる材料はZ軸の膨張率が異なるため、不適切なメッキは品質の悪さを簡単に露呈します。

フレックス回路の複雑さ、材料費、処理時間、化学的性質、穴あけおよび取り扱いのために、フレックスボードを製造するためのコストは、従来のリジッド回路基板よりも高くなります。購入者は、リジッド回路とフレックス回路で価格が異なることにショックを受けることがあります。うまくいけば、彼らはなぜ価格差があるのか、そしてなぜフレックス回路が従来のリジッド回路基板ほど速く構築できないのかを理解しています。

電子製品が小さくなるにつれて、フレックス回路は電子産業でより一般的で一般的になります。コストは高くなりますが、フレックス回路には多くの有用なアプリケーションがあります。フレックス回路は折りたたんで狭いスペースに詰め込むことができます。フレックス回路は、動的な環境で前後に移動できます。電子産業はもはやそれほど厳格である必要はありません。フレックス回路は、設計者が想像力を広げ、よりクールでより高度な電子製品を開発するのに役立ちます。

hitechcircuitsのディレクターであるTuanTranによる記事

成功するフレックス回路設計ガイドライン