今日の競争の激しいエレクトロニクス業界では、革新的で効率的なプリント基板 (PCB) のニーズが高まっています。業界が成長するにつれて、さまざまな環境条件に耐え、複雑な電子デバイスの要件を満たすことができる PCB のニーズも高まっています。ここで、フレックス リジッドフレックス PCB の概念が登場します。
リジッドフレックスボードは、剛性と柔軟性の材料を独自に組み合わせたもので、耐久性と柔軟性が必要な用途に最適です。これらのボードは、医療機器、航空宇宙システム、その他の高信頼性アプリケーションでよく見られます。
インピーダンス制御は、リジッドフレックス ボードのパフォーマンスに大きな影響を与える重要な要素です。インピーダンスは、回路が交流 (AC) の流れに与える抵抗です。適切なインピーダンス制御は、信頼性の高い信号伝送を保証し、電力損失を最小限に抑えるため、非常に重要です。
このブログでは、Capel がリジッドフレックス ボードのインピーダンス制御に大きな影響を与える 5 つの要因を検討します。PCB 設計者や製造業者が今日のテクノロジー主導の世界の需要を満たす高品質の製品を提供するには、これらの要素を理解することが重要です。
1. 基板が異なるとインピーダンス値に影響します。
フレックス リジッド-フレックス PCB の場合、ベース素材の違いはインピーダンス値に影響します。リジッドフレックス基板では、通常、フレキシブル基板とリジッド基板の誘電率と導電率が異なるため、2 つの基板間の界面でインピーダンス不整合の問題が発生します。
具体的には、フレキシブル基板は誘電率が高く、導電率が低いのに対し、ハード基板は誘電率が低く、導電率が高い。信号がリジッド フレキシブル回路基板内を伝播するとき、リジッド フレキシブル PCB 基板の界面で反射と透過が発生します。これらの反射および透過現象は、信号のインピーダンスの変化、つまりインピーダンス不整合を引き起こします。
フレックスリジッド PCB のインピーダンスをより適切に制御するには、次の方法を採用できます。
基材の選択:インピーダンス不整合の問題を軽減するために、誘電率と導電率が可能な限り近くなるように、リジッドフレックス回路基板の組み合わせを選択します。
界面処理：ある程度のインピーダンス整合を改善するために、特殊な界面層やラミネートフィルムを使用するなど、PCBリジッドフレックス基板間の界面に特別な処理を施します。
プレス制御:リジッドフレキシブル基板の製造プロセスでは、リジッドフレキシブル基板の良好な接合を確保し、インピーダンスの変化を低減するために、温度、圧力、時間などのパラメータが厳密に制御されます。
シミュレーションとデバッグ:リジッドフレキシブルPCB内の信号伝播のシミュレーションと解析を通じて、インピーダンス不整合の問題を発見し、対応する調整と最適化を行います。
2. 線幅の間隔は、インピーダンス制御に影響を与える重要な要素です。
リジッドフレックス基板では、線幅の間隔がインピーダンス制御に影響を与える重要な要素の1つです。線幅（ワイヤの幅）と線間隔（隣接するワイヤ間の距離）は電流経路の形状を決定し、信号の伝送特性とインピーダンス値に影響を与えます。
以下は、リジッドフレックス基板のインピーダンス制御に対する線幅間隔の影響です。
基本インピーダンス:ライン間隔は、基本インピーダンス (つまり、マイクロストリップ ライン、同軸ケーブルなどの特性インピーダンス) を制御するために重要です。伝送線路の理論によれば、線幅、線路間隔、基板の厚さなどの要素が共同して伝送線路の特性インピーダンスを決定します。線幅の間隔が変化すると、特性インピーダンスが変化し、信号の伝送効果に影響を与えます。
インピーダンス整合：リジッドフレックス基板では、回路全体での信号の最適な伝送を保証するために、インピーダンスのマッチングが必要になることがよくあります。通常、インピーダンス整合を実現するには、線幅の間隔を調整する必要があります。たとえば、マイクロストリップ ラインでは、導体の幅と隣接する導体間の間隔を調整することで、伝送線路の特性インピーダンスをシステムが必要とするインピーダンスに整合させることができます。
クロストークと損失:ライン間隔もクロストークと損失の制御に重要な影響を与えます。線幅間隔が狭いと、隣接する配線間の電界結合効果が大きくなり、クロストークが増加する場合がある。さらに、ワイヤ幅が狭くなり、ワイヤ間隔が広くなると、電流分布がより集中し、ワイヤ抵抗と損失が増加します。
3. 材料の厚さも、リジッドフレックスボードのインピーダンス制御に影響を与える重要な要素です。
材料の厚さの変化は、伝送線路の特性インピーダンスに直接影響します。
以下は、リジッドフレックス ボードのインピーダンス制御に対する材料の厚さの影響です。
伝送線路の特性インピーダンス:伝送線路の特性インピーダンスは、特定の周波数における伝送線路上の電流と電圧の比例関係を指します。リジッドフレックス基板では、材料の厚さが伝送線路の特性インピーダンスの値に影響します。一般に、材料の厚さが薄くなると特性インピーダンスは増加しますが、材料の厚さが薄くなると特性インピーダンスは増加します。材料の厚さが厚くなると、特性インピーダンスは減少します。したがって、リジッドフレックス基板を設計する際には、システム要件や信号伝送特性に応じて、必要な特性インピーダンスを実現するために適切な材料厚さを選択する必要があります。
ライン対スペースの比率:材料の厚さの変化も、ラインとスペースの比率に影響します。伝送線路の理論によれば、特性インピーダンスは線路の幅とスペースの比に比例します。材料の厚さが変化した場合、特性インピーダンスの安定性を維持するには、それに応じて線幅と線間隔の比率を調整する必要があります。たとえば、材料の厚さが減少すると、特性インピーダンスを一定に保つために、それに応じて線幅を減少させる必要があり、線幅とスペースの比を変化させないように線間隔も対応して減少させる必要があります。
4. 電気メッキ銅の公差も、フレキシブル リジッド ボードのインピーダンス制御に影響を与える要因です。
電気メッキ銅はリジッドフレックス基板で一般的に使用される導電層であり、その厚さと許容差の変化は基板の特性インピーダンスに直接影響します。
以下は、フレキシブル リジッド ボードのインピーダンス制御に対する電気めっき銅公差の影響です。
電気めっき銅の厚さの許容差:電気メッキされた銅の厚さは、リジッドフレックス基板のインピーダンスに影響を与える重要な要素の 1 つです。電気めっきされた銅の厚さの許容差が大きすぎると、プレート上の導電層の厚さが変化し、それによってプレートの特性インピーダンスに影響を与えます。したがって、フレックスリジッド基板を製造する際には、特性インピーダンスの安定性を確保するために、電気銅めっきの厚さ公差を厳密に管理する必要があります。
銅の電気めっきの均一性:厚さの許容差に加えて、電気めっき銅の均一性もリジッドフレックス基板のインピーダンス制御に影響します。基板上の電気めっき銅層の分布が不均一であり、その結果、基板の異なる領域で電気めっき銅の厚さが異なる場合、特性インピーダンスも変化します。したがって、ソフト基板とリジッド基板を製造する際には、特性インピーダンスの一貫性を確保するために、電気めっき銅の均一性を確保する必要があります。
5. エッチング耐性も、リジッドフレックス基板のインピーダンス制御に影響を与える重要な要素です。
エッチングトレランスとは、フレキシブルリジッド基板の製造工程において、エッチングを行う際に制御できる板厚のばらつきのことを指します。
リジッドフレックス基板のインピーダンス制御に対するエッチング公差の影響は次のとおりです。
リジッドフレックス基板のインピーダンスマッチング：リジッドフレックス基板の製造工程では、通常、特性インピーダンス値を制御するためにエッチングが使用されます。エッチングにより、導電層の幅を調整して、設計に必要なインピーダンス値を実現できます。しかし、エッチングの際、プレート上のエッチング液のエッチング速度にはある程度の誤差があるため、エッチング後の導電層の幅にばらつきが生じ、特性インピーダンスの正確な制御に影響を与える可能性がある。
特性インピーダンスの一貫性:エッチング公差により、領域ごとに導電層の厚さが異なる場合があり、その結果、特性インピーダンスが不均一になる可能性があります。特性インピーダンスの不一致は信号の伝送性能に影響を与える可能性があり、これは高速通信や高周波アプリケーションでは特に重要です。
インピーダンス制御は、Flex リジッドフレックス PCB の設計と製造の重要な側面です。正確で一貫したインピーダンス値を達成することは、信頼性の高い信号伝送と電子機器の全体的なパフォーマンスにとって重要です。そのため、基板の選択、トレースの形状、制御された誘電体の厚さ、銅めっきの許容差、およびエッチングの許容差に細心の注意を払うことで、PCB の設計者と製造者は、業界の厳しい要件を満たす堅牢で高品質のリジッドフレックス ボードを首尾よく提供することができます。 15年間 業界の経験を共有するために、Capel が有益な支援を提供できることを願っています。回路基板に関するその他の質問については、直接当社にご相談ください。Capel の専門回路基板専門家チームがオンラインでお答えします。
投稿日時: 2023 年 8 月 22 日
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