フレキシブル PCB (プリント基板) はますます普及しており、さまざまな業界で広く使用されています。家庭用電化製品から車載アプリケーションまで、fpc PCB は電子デバイスに強化された機能と耐久性をもたらします。ただし、フレキシブル PCB の製造プロセスを理解することは、その品質と信頼性を確保するために重要です。このブログ投稿では、フレックスPCB製造プロセス関連する重要な手順をそれぞれ詳しく説明します。
1. 設計とレイアウトの段階:
フレックス回路基板の製造プロセスの最初のステップは、設計とレイアウトの段階です。この時点で、回路図とコンポーネントのレイアウトが完成しました。 Altium Designer や Cadence Allegro などの設計ソフトウェア ツールは、この段階での精度と効率を保証します。 PCB の柔軟性に対応するには、サイズ、形状、機能などの設計要件を考慮する必要があります。
フレックス PCB ボード製造の設計およびレイアウト段階では、正確かつ効率的な設計を確保するためにいくつかの手順に従う必要があります。これらの手順には次のものが含まれます。
回路図:
回路図を作成して、回路の電気接続と機能を説明します。これは、設計プロセス全体の基礎として機能します。
コンポーネントの配置:
回路図が完成したら、次のステップはプリント基板上のコンポーネントの配置を決定することです。コンポーネントの配置時には、信号の完全性、熱管理、機械的制約などの要素が考慮されます。
ルーティング：
コンポーネントを配置した後、プリント回路トレースを配線してコンポーネント間の電気接続を確立します。この段階では、フレックス回路 PCB の柔軟性要件を考慮する必要があります。蛇行配線や蛇行配線などの特別な配線技術を使用して、回路基板の曲がりや屈曲に対応できます。
デザインルールのチェック:
デザインが完成する前に、デザイン ルール チェック (DRC) が実行され、デザインが特定の製造要件を満たしているかどうかが確認されます。これには、電気的エラー、最小配線幅と間隔、その他の設計制約のチェックが含まれます。
ガーバーファイルの生成:
設計が完了すると、設計ファイルはガーバー ファイルに変換されます。ガーバー ファイルには、フレックス プリント基板の製造に必要な製造情報が含まれます。これらのファイルには、レイヤー情報、コンポーネントの配置、配線の詳細が含まれます。
設計の検証:
製造段階に入る前に、シミュレーションとプロトタイピングを通じて設計を検証できます。これは、本番前に行う必要がある潜在的な問題や改善点を特定するのに役立ちます。
Altium Designer や Cadence Allegro などの設計ソフトウェア ツールは、回路図のキャプチャ、コンポーネントの配置、配線、デザイン ルールのチェックなどの機能を提供することで、設計プロセスの簡素化に役立ちます。これらのツールは、fpc フレキシブル プリント回路設計の精度と効率を保証します。
2. 材料の選択:
フレキシブル PCB の製造を成功させるには、適切な材料を選択することが重要です。一般的に使用される材料には、柔軟なポリマー、銅箔、接着剤などがあります。選択は、意図する用途、柔軟性要件、耐熱性などの要因によって異なります。徹底的な調査と材料サプライヤーとの協力により、特定のプロジェクトに最適な材料が確実に選択されます。
材料を選択する際に考慮すべきいくつかの要素は次のとおりです。
柔軟性の要件:
選択された材料は、特定の用途のニーズを満たすために必要な柔軟性を備えている必要があります。ポリイミド (PI) やポリエステル (PET) など、さまざまな種類の柔軟なポリマーが利用可能であり、それぞれの柔軟性の程度が異なります。
温度耐性:
材料は、変形や劣化なしに用途の動作温度範囲に耐えることができる必要があります。フレキシブル基板が異なれば最大定格温度も異なるため、必要な温度条件に対応できる材料を選択することが重要です。
電気的特性:
信号の完全性を最適化するには、材料は低誘電率や低損失正接などの良好な電気特性を備えている必要があります。銅箔は優れた導電性を備えているため、fpc フレキシブル回路の導体としてよく使用されます。
機械的特性:
選択される材料は、良好な機械的強度を備え、ひび割れや亀裂が生じることなく曲げや曲げに耐えることができる必要があります。フレックス PCB の層を接着するために使用される接着剤は、安定性と耐久性を確保するために優れた機械的特性も備えている必要があります。
製造プロセスとの互換性:
選択された材料は、積層、エッチング、溶接などの関連する製造プロセスに適合する必要があります。製造結果を確実に成功させるには、これらのプロセスとの材料の適合性を考慮することが重要です。
これらの要素を考慮し、材料サプライヤーと協力することで、フレックス PCB プロジェクトの柔軟性、耐熱性、電気的性能、機械的性能、互換性の要件を満たす適切な材料を選択できます。
3. 基板の準備:
基板の準備段階では、フレキシブル フィルムが PCB の基礎として機能します。また、フレックス回路製造の基板準備段階では、PCB の性能に影響を与える可能性のある不純物や残留物が含まれていないことを確認するために、フレキシブル フィルムを洗浄する必要があることがよくあります。洗浄プロセスでは通常、化学的方法と機械的方法を組み合わせて汚染物質を除去します。このステップは、後続の層の適切な接着と結合を確実にするために非常に重要です。
清掃後、柔軟なフィルムは、層を結合する接着材料でコーティングされています。粘着材としては、通常、特殊な粘着フィルムや液状の粘着剤を使用し、フレキシブルフィルムの表面に均一に塗布します。接着剤は、層をしっかりと接着することで、PCB の屈曲に対する構造的完全性と信頼性を提供するのに役立ちます。
接着材料の選択は、適切な接着を確保し、用途の特定の要件を満たすために重要です。接着材料を選択するときは、接着強度、耐熱性、柔軟性、PCB 組み立てプロセスで使用される他の材料との適合性などの要素を考慮する必要があります。
接着剤塗布後フレキシブルフィルムは、導電性トレースとして銅箔を追加したり、誘電体層や接続コンポーネントを追加したりするなど、後続の層用にさらに加工できます。接着剤は製造プロセス全体を通じて接着剤として機能し、安定した信頼性の高いフレキシブル PCB 構造を作成します。
4. 銅クラッディング:
基板を準備したら、次のステップは銅の層を追加することです。これは、熱と圧力を使用して銅箔を柔軟なフィルムにラミネートすることによって実現されます。銅層は、フレックス PCB 内の電気信号の導電経路として機能します。
銅層の厚さと品質は、フレキシブル PCB の性能と耐久性を決定する重要な要素です。厚さは通常、オンス/平方フィート (oz/ft²) で測定され、オプションは 0.5 oz/ft² から 4 oz/ft² の範囲です。銅の厚さの選択は、回路設計の要件と必要な電気的性能によって異なります。
銅層が厚いと、抵抗が低くなり、通電能力が向上するため、高電力アプリケーションに適しています。一方、薄い銅層は柔軟性を提供するため、プリント回路を曲げたり曲げたりする必要がある用途に適しています。
欠陥や不純物はフレックスボード PCB の電気的性能や信頼性に影響を与える可能性があるため、銅層の品質を確保することも重要です。一般的な品質の考慮事項には、銅層の厚さの均一性、ピンホールやボイドの欠如、基板への適切な接着などが含まれます。これらの品質面を確保することは、フレックス PCB の最高のパフォーマンスと寿命の実現に役立ちます。
5. 回路パターニング:
この段階では、化学エッチング液を使用して余分な銅をエッチング除去することにより、目的の回路パターンが形成されます。フォトレジストを銅表面に塗布し、その後 UV 露光と現像を行います。エッチングプロセスでは不要な銅を除去し、必要な回路トレース、パッド、ビアを残します。
プロセスの詳細な説明は次のとおりです。
フォトレジストの塗布:
感光性材料 (フォトレジストと呼ばれる) の薄い層が銅の表面に塗布されます。フォトレジストは通常、均一なコーティングを確保するために基板を高速で回転させるスピン コーティングと呼ばれるプロセスを使用してコーティングされます。
紫外線への曝露:
所望の回路パターンを含むフォトマスクを、フォトレジストでコーティングされた銅表面上に配置します。次に、基板は紫外線 (UV) 光にさらされます。 UV 光はフォトマスクの透明な領域を通過しますが、不透明な領域によって遮断されます。 UV 光に露光すると、フォトレジストがポジ型レジストであるかネガ型レジストであるかに応じて、フォトレジストの化学的特性が選択的に変化します。
現像：
UV光に露光した後、フォトレジストは化学溶液を使用して現像されます。ポジ型フォトレジストは現像液に可溶ですが、ネガ型フォトレジストは不溶です。このプロセスでは、不要なフォトレジストを銅表面から除去し、目的の回路パターンを残します。
エッチング：
残ったフォトレジストで回路パターンを定義したら、次のステップは余分な銅をエッチングして除去することです。化学エッチング液 (通常は酸性溶液) を使用して、露出した銅領域を溶解します。エッチング液は銅を除去し、フォトレジストによって定義された回路トレース、パッド、およびビアを残します。
フォトレジストの除去:
エッチング後、残ったフォトレジストがフレックス PCB から除去されます。このステップは通常、フォトレジストを溶解する剥離液を使用して実行され、銅の回路パターンのみが残ります。
検査と品質管理:
最後に、フレキシブルプリント基板は徹底的に検査され、回路パターンの精度が保証され、欠陥が検出されます。これは、フレックス PCB の品質と信頼性を確保するための重要なステップです。
これらのステップを実行することにより、フレキシブル PCB 上に目的の回路パターンが正常に形成され、組み立てと生産の次の段階の基礎が築かれます。
6. はんだマスクとスクリーン印刷:
はんだマスクは、回路を保護し、組み立て中のはんだブリッジを防ぐために使用されます。次に、追加の機能と識別の目的で必要なラベル、ロゴ、コンポーネント指定子を追加するためにスクリーン印刷されます。
以下にソルダーマスクとスクリーン印刷のプロセスを紹介します。
はんだマスク:
はんだマスクの適用:
ソルダーマスクは、フレキシブル PCB 上の露出した銅回路に適用される保護層です。通常、スクリーン印刷と呼ばれるプロセスを使用して適用されます。通常は緑色のはんだマスク インクが PCB 上にスクリーン印刷され、銅のトレース、パッド、ビアを覆い、必要な領域のみを露出させます。
硬化と乾燥:
ソルダーマスクが適用された後、フレキシブル PCB は硬化および乾燥プロセスを経ます。電子 PCB は通常、コンベア オーブンを通過し、そこではんだマスクが加熱されて硬化します。これにより、はんだマスクが回路に効果的な保護と絶縁を提供することが保証されます。
オープンパッドエリア:
場合によっては、コンポーネントのはんだ付けのために銅パッドを露出させるために、はんだマスクの特定の領域が開いたままになることがあります。これらのパッド領域は、ソルダー マスク オープン (SMO) パッドまたはソルダー マスク定義 (SMD) パッドと呼ばれることがよくあります。これにより、はんだ付けが容易になり、コンポーネントと PCB 回路基板間の確実な接続が保証されます。
スクリーン印刷:
アートワークの準備:
スクリーン印刷の前に、フレックス PCB ボードに必要なラベル、ロゴ、コンポーネント インジケータを含むアートワークを作成します。このアートワークは通常、コンピューター支援設計 (CAD) ソフトウェアを使用して行われます。
画面の準備:
アートワークを使用してテンプレートや画面を作成します。印刷する必要がある領域は開いたままですが、残りの領域はブロックされます。これは通常、スクリーンを感光性乳剤でコーティングし、アートワークを使用して紫外線に露光することによって行われます。
インクの塗布:
スクリーンの準備が完了したら、スクリーンにインクを塗布し、スキージを使用して開いた領域にインクを広げます。インクは開いた領域を通過し、はんだマスク上に堆積され、必要なラベル、ロゴ、コンポーネント インジケーターが追加されます。
乾燥と硬化:
スクリーン印刷後、フレックス PCB は乾燥および硬化プロセスを経て、インクがソルダー マスク表面に適切に付着するようになります。これは、インクを自然乾燥させるか、熱または UV 光を使用してインクを硬化させることで実現できます。
ソルダーマスクとシルクスクリーンを組み合わせることで回路が保護され、フレックス PCB 上のコンポーネントの組み立てと識別が容易になる視覚的な識別要素が追加されます。
7. SMT PCB アセンブリコンポーネントの数:
部品の組み立て段階では、電子部品をフレキシブルプリント基板に配置し、はんだ付けします。これは、生産規模に応じて、手動プロセスまたは自動プロセスを通じて実行できます。コンポーネントの配置は、最適なパフォーマンスを確保し、フレックス PCB へのストレスを最小限に抑えるために慎重に検討されています。
コンポーネントの組み立てに必要な主な手順は次のとおりです。
コンポーネントの選択:
回路設計や機能要件に応じて、適切な電子部品を選択してください。これらの要素には、抵抗、コンデンサ、集積回路、コネクタなどが含まれる場合があります。
コンポーネントの準備:
各コンポーネントは配置の準備が行われ、リードまたはパッドが適切にトリミングされ、まっすぐにされ、（必要に応じて）洗浄されていることを確認します。表面実装コンポーネントはリールまたはトレイの形式で提供される場合がありますが、スルーホール コンポーネントはバルクパッケージで提供される場合があります。
コンポーネントの配置:
生産規模に応じて、コンポーネントは手動または自動装置を使用してフレキシブル PCB に配置されます。自動コンポーネント配置は通常、ピック アンド プレース マシンを使用して実行され、フレックス PCB 上の正しいパッドまたははんだペースト上にコンポーネントを正確に配置します。
はんだ付け：
コンポーネントが所定の位置に配置されると、はんだ付けプロセスが実行され、コンポーネントがフレックス PCB に永久的に取り付けられます。これは通常、表面実装コンポーネントの場合はリフローはんだ付けを使用し、スルーホール コンポーネントの場合はウェーブまたは手はんだ付けを使用して行われます。
リフローはんだ付け：
リフローはんだ付けでは、リフローオーブンまたは同様の方法を使用して、PCB 全体を特定の温度に加熱します。適切なパッドに塗布されたはんだペーストが溶けてコンポーネントのリードと PCB パッドの間に接着を形成し、強力な電気的および機械的接続が形成されます。
ウェーブはんだ付け:
スルーホール部品の場合、通常はウェーブソルダリングが使用されます。フレキシブルプリント回路基板は、溶融はんだの波の中を通過し、露出したリード線を濡らし、コンポーネントとプリント回路基板の間に接続を形成します。
手はんだ付け:
場合によっては、コンポーネントによっては手はんだ付けが必要になる場合があります。熟練した技術者は、はんだごてを使用して、コンポーネントとフレックス PCB の間にはんだ接合を作成します。検査とテスト:
はんだ付け後、組み立てられたフレックス PCB は検査され、すべてのコンポーネントが正しくはんだ付けされていること、はんだブリッジ、断線、コンポーネントの位置ずれなどの欠陥がないことを確認します。機能テストを実行して、組み立てられた回路が正しく動作することを確認することもできます。
8. テストと検査:
フレキシブル PCB の信頼性と機能を確保するには、テストと検査が不可欠です。自動光学検査 (AOI) や回路内テスト (ICT) などのさまざまな技術は、潜在的な欠陥、短絡、または断線の特定に役立ちます。このステップにより、高品質の PCB のみが生産プロセスに投入されることが保証されます。
この段階では次のテクニックが一般的に使用されます。
自動光学検査 (AOI):
AOI システムは、カメラと画像処理アルゴリズムを使用して、フレキシブル PCB の欠陥を検査します。コンポーネントの位置ずれ、コンポーネントの欠落、はんだブリッジや不十分なはんだなどのはんだ接合の欠陥、その他の視覚的欠陥などの問題を検出できます。 AOI は高速かつ効果的な PCB 検査方法です。
インサーキットテスト (ICT):
ICT は、フレキシブル PCB の電気接続と機能をテストするために使用されます。このテストには、テスト プローブを PCB 上の特定の点に当て、電気パラメータを測定して短絡、断線、およびコンポーネントの機能をチェックすることが含まれます。 ICT は、電気的障害を迅速に特定するために大量生産でよく使用されます。
機能テスト:
ICT に加えて、組み立てられたフレックス PCB が意図した機能を正しく実行することを確認するための機能テストも実行できます。これには、PCB に電力を印加し、テスト機器または専用のテスト治具を使用して回路の出力と応答を検証することが含まれる場合があります。
電気テストと導通テスト:
電気テストには、フレックス PCB 上で適切な電気接続を確保するために、抵抗、静電容量、電圧などの電気パラメータの測定が含まれます。導通テストでは、PCB の機能に影響を与える可能性のあるオープンまたはショートがないかチェックします。
これらのテストおよび検査技術を利用することで、メーカーは生産プロセスに入る前にフレックス PCB の欠陥や障害を特定して修正できます。これにより、高品質の PCB のみが確実に顧客に提供され、信頼性とパフォーマンスが向上します。
9. 成形と梱包:
フレキシブルプリント基板は、テストおよび検査段階を通過すると、残留物や汚染物を除去するための最終洗浄プロセスを経ます。その後、フレックス PCB は個別のユニットに切断され、パッケージングの準備が整います。輸送中や取り扱い中に PCB を保護するには、適切な梱包が不可欠です。
考慮すべき重要な点は次のとおりです。
静電気防止パッケージ:
フレキシブル PCB は静電気放電 (ESD) による損傷を受けやすいため、静電気防止材料でパッケージする必要があります。 PCB を静電気から保護するために、導電性材料で作られた帯電防止バッグまたはトレイがよく使用されます。これらの材料は、PCB 上のコンポーネントや回路に損傷を与える可能性のある静電気の蓄積と放電を防ぎます。
湿気からの保護:
湿気は、特に湿気に敏感な金属トレースやコンポーネントが露出している場合、フレックス PCB の性能に悪影響を与える可能性があります。防湿袋や乾燥剤パックなど、防湿機能を備えた梱包材は、輸送中や保管中の湿気の侵入を防ぐのに役立ちます。
クッション性と衝撃吸収性：
フレキシブル PCB は比較的壊れやすく、輸送中の乱暴な取り扱い、衝撃、振動によって簡単に損傷する可能性があります。バブルラップ、フォームインサート、フォームストリップなどの梱包材は、PCB をこのような潜在的な損傷から保護するためのクッションと衝撃吸収の役割を果たします。
適切なラベル表示:
製品名、数量、製造日、取り扱い説明書などの関連情報をパッケージに記載することが重要です。これは、PCB の適切な識別、取り扱い、保管を確実にするのに役立ちます。
安全な梱包:
輸送中にパッケージ内の PCB が動いたりずれたりするのを防ぐために、PCB は適切に固定されている必要があります。テープ、仕切り、その他の固定具などの内部梱包材は、PCB を所定の位置に保持し、移動による損傷を防ぐのに役立ちます。
これらの梱包方法に従うことで、メーカーはフレキシブル PCB が適切に保護され、安全で完全な状態で目的地に到着し、すぐに設置またはさらなる組み立てができるようになります。
10. 品質管理と出荷:
フレックス PCB を顧客または組立工場に出荷する前に、業界標準への準拠を確保するために厳格な品質管理措置を実施しています。これには、広範な文書化、トレーサビリティ、および顧客固有の要件への準拠が含まれます。これらの品質管理プロセスを遵守することで、顧客は信頼性の高い高品質のフレキシブル PCB を確実に受け取ることができます。
品質管理と出荷に関する追加の詳細は次のとおりです。
ドキュメント:
当社は、すべての仕様、設計ファイル、検査記録を含む、製造プロセス全体にわたる包括的な文書を維持します。この文書によりトレーサビリティが確保され、製造中に発生した可能性のある問題や逸脱を特定できるようになります。
トレーサビリティ:
各フレックス PCB には一意の識別子が割り当てられ、原材料から最終出荷までの全行程を追跡できるようになります。このトレーサビリティにより、潜在的な問題を迅速に解決し、隔離することができます。また、必要に応じて製品のリコールや調査も容易になります。
顧客固有の要件への準拠:
当社はお客様と積極的に協力して、お客様固有の要件を理解し、品質管理プロセスがお客様の要件を満たしていることを確認します。これには、特定の性能基準、包装およびラベルの要件、必要な認証や基準などの要素が含まれます。
検査とテスト:
フレキシブルプリント基板の品質と機能を確認するために、製造プロセスのすべての段階で徹底的な検査とテストを実施します。これには、目視検査、電気試験、および断線、短絡、はんだ付けの問題などの欠陥を検出するためのその他の特殊な対策が含まれます。
梱包と配送:
フレックス PCB がすべての品質管理基準に合格したら、前述したように、適切な材料を使用して慎重に梱包します。また、適切な取り扱いを保証し、配送中の誤った取り扱いや混乱を防ぐために、梱包には関連情報が適切にラベル付けされていることを確認します。
配送方法とパートナー:
当社は、繊細な電子部品の取り扱いに経験のある信頼できる配送パートナーと提携しています。速度、コスト、目的地などの要素に基づいて、最適な配送方法を選択します。さらに、出荷を追跡および監視して、予定された期間内に確実に配送されるようにします。
これらの品質管理措置を厳格に遵守することで、当社はお客様が要件を満たす信頼性の高い最高品質のフレキシブル PCB を受け取ることを保証できます。
要約すれば、フレキシブル PCB 製造プロセスを理解することは、メーカーとエンド ユーザーの両方にとって重要です。綿密な設計、材料の選択、基板の準備、回路のパターニング、組み立て、テスト、およびパッケージングの方法に従うことで、メーカーは最高の品質基準を満たすフレックス PCB を製造できます。現代の電子機器の重要なコンポーネントとして、フレキシブル回路基板はイノベーションを促進し、さまざまな業界に強化された機能をもたらすことができます。
投稿日時: 2023 年 8 月 18 日
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