リジッドフレックス PCB |プリント基板材料 |リジッドフレックスPCBの製造

リジッドフレックス プリント基板 (PCB) は、その多用途性と耐久性により、さまざまな電子アプリケーションで人気があります。これらのボードは、信頼性の高い電気接続を維持しながら、曲げやねじり応力に耐える能力で知られています。この記事では、リジッドフレックス PCB に使用される材料を詳しく調べて、その構成と特性についての洞察を得る予定です。リジッドフレックス PCB を強力かつ柔軟なソリューションにする材料を明らかにすることで、リジッドフレックス PCB が電子デバイスの進歩にどのように貢献するかを理解できます。

1.理解するリジッドフレックス PCB 構造：

リジッドフレックス PCB は、リジッド基板とフレキシブル基板を組み合わせて独自の構造を形成するプリント基板です。この組み合わせにより、回路基板に 3 次元回路を搭載できるようになり、電子デバイスの設計の柔軟性とスペースの最適化が実現します。リジッドフレックスボードの構造は、主に 3 つの層で構成されます。最初の層は剛性層で、FR4 や金属コアなどの剛性材料で作られています。この層は PCB に構造的なサポートと安定性を提供し、耐久性と機械的ストレスに対する耐性を保証します。
2 番目の層は、ポリイミド (PI)、液晶ポリマー (LCP)、ポリエステル (PET) などの材料で作られた柔軟な層です。この層により、電気的性能に影響を与えることなく、PCB を曲げたり、ねじったり、曲げたりすることができます。この層の柔軟性は、PCB を不規則なスペースや狭いスペースに適合させる必要があるアプリケーションにとって非常に重要です。 3 番目の層は接着層で、硬い層と柔軟な層を接着します。この層は通常、エポキシまたはアクリル材料で作られており、層間に強力な接着を提供しながら、良好な電気絶縁特性を提供する能力を考慮して選択されます。接着層は、リジッドフレックス基板の信頼性と耐用年数を確保する上で重要な役割を果たします。
リジッドフレックス PCB 構造の各層は、特定の機械的および電気的性能要件を満たすように慎重に選択および設計されています。これにより、家庭用電化製品から医療機器、航空宇宙システムに至るまで、PCB が幅広いアプリケーションで効率的に動作できるようになります。

2.硬質層に使用される材料：

リジッドフレックス PCB のリジッド層構造では、必要な構造サポートと完全性を提供するために複数の材料が使用されることがよくあります。これらの材料は、その特定の特性と性能要件に基づいて慎重に選択されます。リジッドフレックス PCB のリジッド層に最も一般的に使用される材料には、次のようなものがあります。
A. FR4: FR4 は、PCB で広く使用されている硬質層材料です。優れた熱的特性と機械的特性を備えたガラス強化エポキシ積層板です。 FR4は剛性が高く、吸水性が低く、耐薬品性に​​優れています。これらの特性により、PCB に優れた構造的完全性と安定性を提供するため、剛性層として理想的になります。
B. ポリイミド (PI): ポリイミドは柔軟な耐熱性素材であり、その高温耐性によりリジッドフレックス ボードによく使用されます。ポリイミドは優れた電気絶縁特性と機械的安定性で知られており、PCB の硬質層としての使用に適しています。極端な温度にさらされても機械的および電気的特性が維持されるため、幅広い用途に適しています。
C. メタル コア: 場合によっては、優れた熱管理が必要な場合、アルミニウムや銅などのメタル コア材料をリジッド フレックス PCB の剛性層として使用できます。これらの材料は熱伝導性に優れており、回路から発生する熱を効果的に放散できます。メタルコアを使用することで、リジッドフレックスボードは効果的に熱を管理し、過熱を防ぐことができ、回路の信頼性とパフォーマンスを確保します。
これらの材料にはそれぞれ独自の利点があり、PCB 設計の特定の要件に基づいて選択されます。動作温度、機械的応力、必要な熱管理機能など​​の要素はすべて、リジッドおよびフレキシブル PCB のリジッド層を組み合わせるための適切な材料を決定する際に重要な役割を果たします。
リジッドフレックス PCB のリジッド層の材料の選択は、設計プロセスの重要な側面であることに注意することが重要です。適切な材料を選択すると、PCB の構造的完全性、熱管理、および全体的な信頼性が保証されます。適切な材料を選択することで、設計者は、自動車、航空宇宙、医療、通信などのさまざまな業界の厳しい要件を満たすリジッドフレックス PCB を作成できます。

3.柔軟層の材質：

リジッドフレックス PCB の柔軟な層により、これらのボードの曲げや折り畳みの特性が容易になります。柔軟層に使用される材料は、高い柔軟性、弾性、および繰り返しの曲げに対する耐性を示す必要があります。柔軟な層に使用される一般的な材料には次のものがあります。
A. ポリイミド (PI): 前述したように、ポリイミドはリジッドフレックス PCB で 2 つの目的を果たす多用途の材料です。フレックス層では、電気的特性を失うことなく基板を曲げたり曲げたりすることができます。
B. 液晶ポリマー (LCP): LCP は、優れた機械的特性と極端な温度に対する耐性で知られる高性能熱可塑性材料です。リジッドフレックス PCB 設計に優れた柔軟性、寸法安定性、耐湿性を提供します。
C. ポリエステル (PET): ポリエステルは、優れた柔軟性と断熱特性を備えた、低コストで軽量な素材です。これは、コスト効率と適度な曲げ能力が重要なリジッドフレックス PCB によく使用されます。
D. ポリイミド (PI): ポリイミドは、リジッド/フレキシブル PCB フレキシブル層で一般的に使用される材料です。柔軟性、耐高温性、電気絶縁性に優れています。ポリイミドフィルムは、PCB の他の層に簡単にラミネート、エッチング、接着できます。電気特性を失うことなく繰り返しの曲げに耐えることができるため、柔軟な層に最適です。
E. 液晶ポリマー (LCP): LCP は、リジッドフレックス PCB のフレキシブル層として使用されることが増えている高性能熱可塑性材料です。高い柔軟性、寸法安定性、極端な温度に対する優れた耐性など、優れた機械的特性を備えています。 LCP フィルムは吸湿性が低く、湿気の多い環境での用途に適しています。また、優れた耐薬品性と低い誘電率も備えており、過酷な条件下でも信頼性の高い性能を保証します。
F. ポリエステル (PET): ポリエチレン テレフタレート (PET) としても知られるポリエステルは、リジッドフレックス PCB のフレキシブル層に使用される軽量でコスト効率の高い素材です。 PETフィルムは柔軟性が高く、引張強度が高く、熱安定性に優れています。これらのフィルムは吸湿性が低く、電気絶縁性に優れています。 PET は、コスト効率と適度な曲げ能力が PCB 設計の重要な要素である場合によく選択されます。
G. ポリエーテルイミド (PEI): PEI は、ソフト-ハード結合 PCB のフレキシブル層に使用される高性能エンジニアリング熱可塑性プラスチックです。高い柔軟性、寸法安定性、極端な温度に対する耐性など、優れた機械的特性を備えています。 PEIフィルムは吸湿性が低く、耐薬品性に​​優れています。また、高い絶縁耐力と電気絶縁特性も備えているため、要求の厳しい用途に適しています。
H. ポリエチレンナフタレート (PEN): PEN は、リジッドフレックス PCB のフレキシブル層に使用される耐熱性と柔軟性に優れた材料です。優れた熱安定性、低吸湿性、優れた機械的特性を備えています。 PEN フィルムは、紫外線や化学物質に対する耐性が非常に優れています。また、誘電率が低く、電気絶縁性に優れています。 PEN フィルムは、電気特性に影響を与えることなく、繰り返しの曲げや折り畳みに耐えることができます。
I. ポリジメチルシロキサン (PDMS): PDMS は、ソフトおよびハード複合 PCB の柔軟な層に使用される柔軟な弾性材料です。高い柔軟性、弾性、繰り返しの曲げに対する耐性など、優れた機械的特性を備えています。 PDMS フィルムは、優れた熱安定性と電気絶縁特性も備えています。 PDMS は、ウェアラブル電子機器や医療機器など、柔らかく伸縮性があり快適な素材が必要な用途によく使用されます。
これらの材料にはそれぞれ独自の利点があり、フレックス層材料の選択は PCB 設計の特定の要件によって異なります。リジッドフレックス PCB のフレキシブル層に適切な材料を決定する際には、柔軟性、温度耐性、耐湿性、費用対効果、曲げ能力などの要素が重要な役割を果たします。これらの要素を慎重に考慮することで、さまざまなアプリケーションや業界における PCB の信頼性、耐久性、パフォーマンスが保証されます。

4.リジッドフレックスPCBの接着材料：

リジッド層とフレキシブル層を接着するために、リジッドフレックス PCB 構造では接着材料が使用されます。これらの結合材料は、層間の信頼性の高い電気接続を保証し、必要な機械的サポートを提供します。一般的に使用される 2 つの接着材料は次のとおりです。
A. エポキシ樹脂：エポキシ樹脂をベースとした接着剤は、高い接着強度と優れた電気絶縁性により広く使用されています。優れた熱安定性を提供し、回路基板全体の剛性を高めます。
b.アクリル: アクリルベースの接着剤は、柔軟性と耐湿性が重要な用途に適しています。これらの接着剤は接着強度が高く、エポキシよりも硬化時間が短いです。
C. シリコーン: シリコーンベースの接着剤は、柔軟性、優れた熱安定性、湿気や化学薬品に対する耐性があるため、リジッドフレックスボードによく使用されます。シリコーン接着剤は広い温度範囲に耐えられるため、柔軟性と高温耐性の両方が必要な用途に適しています。これらは、必要な電気的特性を維持しながら、硬質層と軟質層の間に効果的な接合を提供します。
D. ポリウレタン: ポリウレタン接着剤は、リジッドフレックス PCB に柔軟性と接着強度のバランスをもたらします。さまざまな基材への接着​​性に優れ、化学薬品や温度変化に対する優れた耐性を備えています。ポリウレタン接着剤は振動も吸収し、PCB に機械的安定性をもたらします。柔軟性と堅牢性が必要なアプリケーションでよく使用されます。
E. UV 硬化性樹脂: UV 硬化性樹脂は、紫外線 (UV) 光にさらされると急速に硬化する接着剤です。接着時間と硬化時間が速いため、大量生産に適しています。 UV 硬化性樹脂は、硬質基板や柔軟な基板など、さまざまな材料に優れた接着力を発揮します。また、優れた耐薬品性と電気的特性も示します。 UV 硬化性樹脂は、高速処理時間と信頼性の高い接合が重要なリジッドフレックス PCB に一般的に使用されます。
F. 感圧接着剤 (PSA): PSA は、圧力が加わると接着を形成する接着材料です。これらは、リジッドフレックス PCB に便利でシンプルな接着ソリューションを提供します。 PSA は、硬質および柔軟な基材を含むさまざまな表面に優れた接着力を発揮します。組み立て中に位置を変更でき、必要に応じて簡単に取り外すことができます。また、PSA は優れた柔軟性と一貫性を備えているため、PCB の曲げや折り曲げが必要な用途に適しています。

結論：

リジッドフレックス PCB は現代の電子機器に不可欠な部品であり、コンパクトで汎用性の高いパッケージで複雑な回路設計を可能にします。電子製品の性能と信頼性の最適化を目指すエンジニアや設計者にとって、その構造に使用されている材料を理解することは非常に重要です。この記事では、リジッド層とフレキシブル層、接着材料など、リジッドフレックス PCB 構築で一般的に使用される材料に焦点を当てます。電子機器メーカーは、剛性、柔軟性、耐熱性、コストなどの要素を考慮することで、特定の用途要件に基づいて適切な材料を選択できます。リジッド層用の FR4、フレキシブル層用のポリイミド、接着用のエポキシなど、それぞれの材料は、今日のエレクトロニクス産業においてリジッドフレックス PCB の耐久性と機能性を確保する上で重要な役割を果たしています。