フレキシブルプリント基板の紹介
フレキシブル プリント基板 (フレックス PCB またはフレックス回路) は、ポリイミド フィルムなどの柔軟な絶縁材料で作られたプリント基板の一種です。従来のリジッド PCB とは異なり、フレックス PCB は電気接続を維持しながら曲げたり曲げたりすることができます。フレックス PCB の主な利点は次のとおりです。
機械的柔軟性: 機械的に難しいスペースに合わせて曲げたり曲げたりできます。
軽量で薄型: コンパクトで軽量な設計に最適です。
高密度相互接続: 高密度相互接続アセンブリに適しています。
汎用性の高い設計: 折り曲げたり、端に巻き付けたりできます。
耐久性: 振動や疲労に強く、長期的な信頼性を確保します。
用途の汎用性: 小型の民生用電子機器でよく使用されます。
フレックス PCB は、民生用電子機器、自動車、航空宇宙、医療機器、産業機器など、さまざまな業界で広く使用されています。電子機器の小型化が進むにつれ、フレックス PCB は欠かせない相互接続ソリューションになりました。
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フレックス アセンブリ
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フレックス PCB
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2 層フレックス
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4 層フレックス
フレックス PCB アセンブリ プロセスの概要
フレックス PCB の組み立てには、集積回路、抵抗器、コンデンサなどの電子部品をフレキシブル ボード上の導電性パッドとトレースにはんだ付けする必要があります。このプロセスでは、組み立て中にフレキシブル材料を扱うための専門的なスキルと機器が必要です。フレックス PCB 組み立てプロセスの主な手順は次のとおりです。
設計と製造
設計: PCB レイアウトは、曲げ半径、レイヤー スタックアップ、制御されたインピーダンスなどの要素を考慮して、CAD ソフトウェアを使用して設計されます。
製造: フレックス ボードは、必要な数の導電層をフレックス基板に接着して製造されます。使用される一般的なフレックス材料は、ポリイミドとポリエステル フィルムです。
コンポーネントの取り付け
表面実装技術 (SMT): コンポーネントは、SMT 組み立てラインではんだペーストとリフローはんだ付けを使用してボードに取り付けられます。
スルーホール技術 (THT): より大きなスルーホール コンポーネントはウェーブはんだ付けされる場合があります。追加のコンポーネントの取り付けには接着剤を使用することもできます。
ボードの補強
組み立て中にフレックス ボードの下に補強板が使用されることが多く、サポートを提供し、反りを防止します。一時的な補強板は、組み立て後に取り外すことができます。
相互接続ケーブルとコネクタ
ケーブル、コネクタ、ハーネス アセンブリは、はんだ付け、圧着、または接着結合を使用してフレックス PCB に接続され、電源と信号の接続を提供します。
コンフォーマル コーティング
組み立てられたフレックス回路を環境要因から絶縁するために、保護コンフォーマル コーティングが適用される場合があります。
テストと検査
組み立てられたボードは、電気テスト、自動光学検査、および機能テストを受けます。欠陥が見つかった場合は、修理が行われます。
最終統合
テストされたフレックス アセンブリは、ヒンジの周りに折り曲げたり、エンクロージャに挿入したりするなど、最終製品に統合されます。必要に応じて、ストレイン リリーフが追加されます。
プロセスの各ステップにより、フレックス PCB が正しく組み立てられ、最終製品内で確実に機能することが保証されます。
フレックス PCB アセンブリ プロセスの手順の説明
それでは、各アセンブリ ステップを詳しく見ていきましょう。
フレックス PCB 設計
回路分析と回路図作成: エンジニアリング チームが回路要件を分析し、回路図を作成します。
PCB レイアウト設計:
回路図に基づいて CAD ソフトウェアを使用して PCB レイアウトを設計します。
重要な考慮事項:
曲げ半径: トレースの割れを防ぐために鋭い折り目を避けます。最小曲げ半径が定義されています。
補強材: 特定の領域に補強材を追加して、曲がりを防ぎます。
インピーダンス制御: 高速信号用にトレースのインピーダンスを一致させます。
スタックアップ: 導電層と誘電体の数を決定します。
コンポーネント間隔: コンポーネントの密度と間隔を考慮します。
ガーバー ファイルの準備: 最終的な設計ファイルを準備し、ボード製造施設に送信します。
フレックス PCB 製造
原材料調達: ポリイミド フィルム、カバーレイ、ボンドプライ、銅箔、ソルダーマスクなどの必要な材料を入手します。
回路製造プロセス:
印刷およびエッチング プロセスによって、導電層がポリイミド フィルムに印刷されます。
接着剤または熱圧着を使用して複数の層を結合し、多層スタックアップを形成します。
穴を開けてメッキし、酸化防止のためにソルダーマスク層を適用します。
部品の位置を示すために凡例印刷を使用します。
電気テストによってトレースの連続性を確保します。
パネルまたは個々の回路は、より大きなパネルから配線されます。
SMT アセンブリ
表面実装技術 (SMT) プロセス:
はんだペースト印刷: はんだペーストは、ステンシルの位置合わせとスキージによって PCB パッド上に堆積されます。
部品配置: 自動ピックアンドプレース マシンが、はんだペースト上に部品を正確に取り付けます。
リフローはんだ付け: PCB はリフローオーブンを通過し、はんだペーストを溶かして部品を固定します。
自動光学検査 (AOI): カメラが部品の配置に欠陥や位置ずれがないか検査します。
手動修正: 欠陥のある接合部が特定された場合は手動で修正します。
フレックス ボード上の SMT アセンブリに特有の課題:
フレックス ボードは薄くて柔軟性があるため、補強材を使用する必要があります。
高温や熱衝撃に弱い。
部品のサイズと間隔を小さくするには、専用の機器が必要です。
反りの重要な制御。
スルーホール部品の取り付け
機械または機械による取り付け:
リード付きの大型部品は、メッキされたスルーホールに挿入され、反対側にはんだ付けされます。
方法には、ウェーブはんだ付け、選択的はんだ付け、または各接合部の手動はんだ付けなどがあります。
追加のサポート: 両面フレックス PCB の場合、特にスルーホール部品の近くのフレックス ボードの下のサポート構造。
接着剤によるコンポーネントの取り付け
接着剤の使用法:
はんだ付けではなく接着剤を使用して取り付けられたコンポーネント:
表面実装接着剤の配置。
液体接着剤の塗布。
コンポーネント端子にあらかじめ塗布された接着剤。
利点: 機械的取り付けと電気的接続を提供し、フレックス ボード上の困難な領域や凹凸のある表面に適しています。
補強材の使用
目的: フレックス PCB の曲がりや反りを防ぐために、組み立て中に機械的サポートを提供するために使用される補強材またはリジダイザー。
フレックス PCB 組み立てプロセスの各ステップは、最新の電子アプリケーションの要求を満たす正確な構造と信頼性の高い機能を保証します。
補強材の種類:
取り外し可能な補強材 – アクリルまたは金属板は、組み立て中にフレックス ボードの下に一時的に取り付けられますが、回路を曲げる前に後で取り外されます。
永久補強材 – フレックス回路の特定の領域に永久的に取り付けられ、剛性を維持する必要がある FR4 ボードまたは金属板。
個別補強材 – 特定の大型コンポーネントまたはコネクタの下にのみ取り付けられる小さな補強材。
ツール穴 – 組み立て中に PCB を平らに保つためのピンに使用される追加の穴。
補強材の適用方法:
補強材の取り付け
ねじ止め: 構造サポートのために、金属補強材をツールまたは取り付け穴に固定します。
クランプ: 組み立て中に平坦性を維持するために、フレックス ボードをクランプとプレートの間に挟みます。
接着剤による取り付け: ねじ止めが不可能な場合は、粘着性のあるアクリルまたはエポキシ接着剤を使用して補強材を接着します。
はんだ付け: 金属補強材をフレックス ボードにはんだ付けし、リフロー温度に耐える必要があります。
相互接続の取り付け
ケーブルとコネクタ:
ケーブル、ワイヤ ハーネス、コネクタは、電源、信号、および接続のためにフレックス ボードの端に取り付けられます。
取り付け方法:
はんだ付け: ワイヤはフレックス ボード上の指定されたパッドにはんだ付けされます。
圧着: 機械的な圧着により導体の絶縁体を貫通してワイヤを固定します。
絶縁変位: IDC コネクタはワイヤの絶縁体を突き破って接触を確立します。
異方性接着剤: 導電性接着フィルムまたはペーストは、電気接続を容易にします。
Z 軸導電性エラストマー: 導電性ゴムを使用して柔軟な接続を実現します。
補強:
熱収縮チューブは、はんだ付けされたワイヤ接続を補強し、長期的な信頼性を確保し、ひずみを緩和します。
コンフォーマルコーティングの適用
目的:
コンフォーマルコーティングは、組み立てられた PCB を次の方法で保護します:
環境シールド (湿気、ほこり)。
コンポーネントを結合して機械的サポートを提供します。
トレース間の電気絶縁。
一般的なコーティング材料:
アクリル: 一般的で、コスト効率が高く、適用と修理が簡単です。
シリコン: 耐高温性、柔軟性。
ウレタン: 耐摩耗性。
パリレン: 極薄でピンホールがありませんが、高価です。
エポキシ: 硬く、耐久性がありますが、適用と修理が困難です。
適用プロセス:
クリーニング: ボードに汚染物質がないことを確認します。
マスキング: コネクタやテスト ポイントなどの領域をコーティングから保護します。
コーティング: ディッピング、スプレー、またはブラシで塗布します。
硬化: 熱または紫外線で液体コーティングを硬化させて、固体の保護フィルムにします。
テストと検査
検証テスト:
複数のテストにより、フレックス PCB アセンブリの信頼性を確保します:
目視検査: コンポーネントの配置とはんだ接合部に欠陥がないか確認します。
インサーキット テスト (ICT): プローブは、ネットリストに従って電気的導通をテストします。
フライング プローブ テスト: コンポーネントを配置する前に、ベア ボードの接続をチェックします。
機能テスト: 意図した操作をシミュレートして、ボードの機能を検証します。
自動 X 線検査: BGA などのコンポーネントの下に隠れた欠陥を検出します。
内視鏡検査: カメラを使用して、複数の角度からアセンブリを検査します。
抵抗測定: マルチメータ プローブは、ボード全体の抵抗値を測定します。
欠陥修正:
特定された欠陥は、エラーがなくなるまで診断、コンポーネントの交換、はんだ接合部のやり直しが行われます。
最終統合
最終製品への組み立て:
完全に組み立てられテストされたフレックス ボードは、最終製品に統合されます:
設計仕様に従って慎重に折り曲げたり、折り曲げたり、包んだりします。
機械的ストレスを防ぐために、コネクタまたはケーブルにストレイン リリーフを追加します。
穴または接着剤を介してエンクロージャに取り付けます。
製品内の嵌合コネクタに接続します。
追加の機械部品:
シールド、ホルダー、およびその他の機械部品は、必要に応じて組み立てられます。
結論: フレックス PCB 組み立てプロセス全体にわたる適切な計画と細心の注意を払った作業により、要求の厳しいアプリケーションに適した信頼性、機能性、耐久性に優れた回路アセンブリが保証されます。
フレックスPCBアセンブリ装置
フレックス PCB アセンブリ用の専用機器
SMT アセンブリ機器:
フレキシブル ボード処理コンベア: 調整可能な真空コンベアが、アセンブリ ラインの搬送中にフレックス ボードをしっかりと掴みます。
フレキシブル ボード サポート ツール: 真空プレートまたは特殊なクランプ システムを備え、ボードの平坦性を維持します。
薄型ボード対応ピック アンド プレース マシン: 薄型ボードや小型コンポーネントを効率的に処理します。
デュアル レーン トランスポート レール: 補強ボードと非補強ボードを分離して、処理を最適化します。
専用フレキシブル ボード リフロー オーブン: 反りを防ぐために加熱と冷却を正確に制御します。
予熱器: 徐々に温度を上げて、リフローを制御します。
スルー ホール アセンブリ機器:
ピン スルー ホール メッキ: 両面ボードの SMT アセンブリ後にスルー ホール コンポーネントを挿入できるようにします。
プレスフィット アセンブリ: はんだ付けせずにスルー ホール コンポーネントを取り付けます。
ロボットはんだ付け: スルーホール部品のはんだ付けと検査を一貫して行うための自動化プロセス。
その他の機器:
専用のフレキシブル ボード ウェーブはんだ付けシステム: 熱暴露とはんだ接触を正確に制御します。
コンフォーマル コーティング システム: 精密スプレーまたはロボット コーティングにより、フレックス ボードへの一貫した塗布が保証されます。
フレキシブル光学検査システム: 検査中にフレックス ボードの反りを処理できる高度なシステム。
フライング プローブ テスター: コンポーネント配置の前後にトラックの電気テストを実行できます。
X 線検査: はんだ付け後の BGA の下の空洞などの隠れた欠陥を検出します。
テスト システム:
ベッド オブ ネイルズ テスト フィクスチャ: フレックス回路をテストするための信頼性の高い一時的な接続を提供します。
フライング プローブ テスター: テスト フィクスチャを必要とせずに電気ノードをテストするための自動プローブ。
機能ボード テスト スタンド: 実際の負荷条件をシミュレートして、ボードの機能を検証します。
フレックス材料に合わせて調整された特殊なツールとプロセスを適切に選択して使用することで、アセンブリの品質と歩留まりが大幅に向上します。
フレックスPCBアセンブリの課題
フレキシブル プリント回路の組み立てには、リジッド PCB の組み立てにはない特有の課題があります。
反りとしわ
フレキシブルな薄い素材は、組み立て作業中に反りやしわになりやすいです。
原因
はんだ付け中の熱勾配
部品の不均一な分布
硬化中の接着剤の収縮
素材の内部応力
解決策
リフロー中の加熱および冷却速度を最適化
補強材とキャリア プレートを追加してサポート
部品を均等に分散して応力を分散
接着剤の硬化プロセスを慎重に制御
位置合わせと許容差の制御
フレックス ボードの素材は収縮したり伸びたりして位置ずれの問題を引き起こす可能性があります。
原因
熱膨張係数の不一致
フレックス素材の伸縮
組み立て工程での許容差の蓄積
解決策
許容差の厳しいツール ピンと固定具
正確な配置のためのビジョン アライメント システム
パネル ベースの組み立てで最小化取り扱い
レーザートリムされたボードを組み立て後に使用して、許容誤差の積み重ねを改善
はんだ付けの問題
薄くて曲げやすい素材に小さな接合部をはんだ付けするのは困難な場合があります。
原因
基板の厚さによる熱伝達不足
はんだペーストの毛細管現象の減少
部品の下の接合部の影
パネルの端に沿ったはんだビーディング
解決策
フレックス基板用の特殊なはんだ付け装置
はんだペーストの塗布の最適化
はんだの広がりを抑えるはんだマスク
影になった接合部への集中加熱技術
洗浄と汚染
薄いフレックス回路は汚染されやすく、組み立て不良につながる可能性があります:
原因
フレックス材料の質感が汚染物質を閉じ込める
洗浄溶剤が部品の下に残る
洗浄プロセス中に部品が損傷する
解決策
フレックス基板用に調整された特殊な洗浄方法
はんだ付け後および組み立て後の洗浄プロセス
可能な限りクリーンルーム環境で組み立てる
ビアの信頼性
フレックス基板のメッキされたスルーホールは、ひび割れ:
原因
曲げ応力によりメッキにひび割れが広がる
フレキシブル ベース材料とメッキ バレル間の接着不良
組み立て中に熱衝撃にさらされる
解決策
可能であればメッキ スルー ホールとビアの使用を減らす
メッキの厚さと表面処理を最適化する
ビアをコンフォーマル コーティングで強化する
温度上昇率を慎重に制御する
フレックス PCB アセンブリの欠陥
フレックス PCB アセンブリでよく見られる欠陥には、次のものがあります。
パッドのクレーター化 – アセンブリ中に薄いラミネートが過度に曲がると、パッドが割れてベース銅から分離することがあります。
はんだボール – はんだが多すぎると不要なはんだボールが残り、ショートの原因になります。
影になった接合部 – コネクタなどのコンポーネントが下の接合部に影を落とし、はんだフィレットが適切に形成されなくなることがあります。
孤立した接合部 – はんだ接合部が曲がったために他の部分から孤立し、ひび割れが生じる場合。
はんだビーディング – はんだがフレックス ボードの端に沿って不均一に堆積する場合。
位置ずれ – 材料の膨張と収縮によりコンポーネントが不適切に配置される場合。
トゥームストーン – はんだのリフローが不均一なため、SMT コンポーネントが垂直に立ち上がる場合。
接着剤の浸出 – コンポーネントの下から接着剤が過剰に漏れる場合。
折り曲げによる損傷 – フレックスの折り曲げ線に沿ってひび割れやトレースの破損が生じる場合。
ビアのひび割れ – メッキされたスルーホール バレルに応力によるひび割れが生じ、開路につながる場合。
汚染 – 部品の下に詰まったり、はんだの流れを妨げたりする異物。
これらの欠陥の多くは、フレックス ボードの組み立てプロセスを最適化し、定期的に検査することで防ぐことができます。