この記事では、リジッドフレックスPCBとは何か、それを使用する利点、およびアプリケーション用にそれらを使用して設計するための規則について説明します。

リジッドフレックスPCBとは何ですか？

リジッドフレックスＰＣＢでは、フレキシブル回路基板とリジッド回路基板とが一緒に積層される。   リジッドフレックスPCBは、伝統的なリジッドPCBの境界と、フレキシブル絶縁フィルム上にフォトエッチングされた高延性電着または圧延焼鈍銅導体を使用するフレックス回路の独特の特性を交差させます。  

フレックス回路には、KaptonやNortonなどの柔軟なポリイミドと、熱、アクリル系接着剤、および圧力で一緒に積層された銅からなるスタックアップが含まれます。

従来のPCBと同様に、リジッド基板の両面に部品を取り付けることができます。リジッド回路とフレックス回路の間で統合が行われるため、リジッドフレックス設計では、セクション間でコネクタや接続ケーブルを使用しません。その代わりに、フレックス回路はシステムを互いに電気的に接続する。

コネクタと接続ケーブルがないことでいくつかのことが達成できます。

損失なく信号を伝送する回路の能力を向上させます

制御されたインピーダンスに対応

コールドジョイントなどの接続問題を解消

軽量化

他のコンポーネントのためのスペースを解放する2、4、6

すべてのリジッドフレックスPCBは、異なる材料と異なる層数を特徴とするゾーンに分けられます。硬いゾーンは柔軟なゾーンよりも多くの層を持つことができ、材料は遷移ゾーンでFR-4からポリイミドにシフトします。

複雑なデザインは、多くの場合、剛性から屈曲、そして剛性から剛性へと移行します。これらの交差が起こると、剛性 - 屈曲材料の重なりは、完全性を維持するために移行ゾーンから穴を離しておくことを必要とする。さらに、多くのリジッドフレックス設計には、コネクタやコンポーネントをさらにサポートするステンレス鋼またはアルミニウム補強材が含まれています。

フレキシブルPCBの詳細については、フレキシブルPCBとリジッドフレックスPCBの比較に関する記事を参照してください。   プロジェクト   設計。

Rigid-Flex PCBデザインには異なるデザインルールが適用されます

さまざまな課題が、立体的なデザインや製品を構築するための多様性と柔軟性を相殺しています。従来のリジッドフレックスPCB設計では、製品のコンポーネント、コネクタ、およびシャーシを、アセンブリの物理的に強度の高いリジッド部分に取り付けることができました。やはり、伝統的な設計に関しては、フレキシブル回路は相互接続としてのみ機能し、同時に質量を減らしそして振動に対する耐性を改善した。  

改良されたフレックス回路技術と結合された新しい製品設計は、リジッド - フレックスＰＣＢのための新しい設計規則を導入した。設計チームは、フレキシブル回路領域に部品を配置する自由があります。この自由度をリジッドフレックス設計への多層アプローチと組み合わせることで、あなたとあなたのチームはより多くの回路を設計に組み込むことができます。しかしながら、この自由を得ることはルーティングとホールに関していくつかの課題を追加します。  

フレキシブル回路には、配線に影響を与える曲げ線が常にあります。材料にストレスがかかる可能性があるため、コンポーネントやビアを曲げ線の近くに配置することはできません。  

また、コンポーネントが適切に配置されている場合でも、曲げフレックス回路は表面実装パッドとスルーホールに繰り返し機械的ストレスをかけます。あなたのチームは、スルーホールメッキを使用し、パッドを固定するために追加のカバーレイでパッドサポートを強化することによって、これらのストレスを軽減することができます。

トレース配線を設計する際には、回路へのストレスを軽減するための方法に従ってください。フレックス回路に電源プレーンまたはグランドプレーンを運ぶときは、柔軟性を維持するためにハッチングポリゴンを使用してください。あなたは90°ではなく湾曲したトレースを使うべきです   トレースの幅を変更するには、45度の角度またはティアドロップパターンを使用します。

これらの習慣はストレスポイントと弱点を減らします。もう1つのベストプラクティスは、両面フレックス回路の上下のトレースをずらすことによって、トレース全体に応力を分散させることです。トレースをオフセットすると、トレースが同じ方向に互いに重なり合うのを防ぎ、PCBを強化します。

また、ストレスを減らすために、トレースを曲げ線に対して垂直に配線する必要があります。リジッドからフレックスへ、そしてリジッドへ戻るとき、ある媒体から別の媒体への層の数は異なります。トレース配線を使用して、隣接するレイヤーの配線をオフセットすることでフレックス回路に剛性を追加できます。

電気機械的要因が設計に影響を与える

リジッドフレックスPCBを設計するときは、フレックス回路とリジッド基板の両方に影響を与える電気機械的要因の観点から考えてください。デザインを作成するときは、曲げ半径と厚さの比率に注目してください。フレックス回路では、きつい曲がりや曲がった部分の厚さが厚くなると故障の可能性が高まります。製造業者は、曲げ半径を最低でもフレックスサーキット材料の厚さの10倍に保ち、サーキットの「ペーパードール」を作ってどこで曲がるかを決定することを推奨しています。3,6

フレックスサーキットを外側のベンドに沿って引き伸ばしたり、内側のベンドに沿って圧縮したりしないでください。曲げ角度を９０°を超えて増大させると、フレックス回路上のある点での伸張および他の点での圧縮が増大する。

リジッドフレックスの信頼性におけるもう1つの重要な問題は、曲げ領域に見られる導体の厚さと種類です。導体上のメッキ量を減らし、パッドのみのメッキを使用することで、厚さと機械的ストレスを減らすことができます。重い銅、金、またはニッケルメッキを使用すると、曲げ時の柔軟性が低下し、機械的応力と破断が発生します。

リジッドフレックスPCB設計にはチームワークが必要

新しいPCB設計ツールを使用すると、設計チームは多層スタックの管理、3D電気機械設計の視覚化、設計ルールの確認、およびフレックス回路の動作のシミュレーションを行うことができます。これらのツールを持っていても、リジッドフレックスPCBの設計が成功するかどうかは、チームと製造業者の間のチームワークにかかっています。

チームワークはプロジェクトの初期段階から開始し、設計プロセス全体を通して継続し、一貫したコミュニケーションに依存する必要があります。