フレキシブルプリント基板（Flexible PCB）は、狭いまたは可動部分のあるスペースに合わせて曲げることが可能です。フレキシブルな基材フィルム上に銅箔を配置して構成され、装置の小型化を実現します。一般的に、カメラやスマートフォン、医療機器などに使用されています。曲げ可能な特性により、レイアウトの柔軟性を確保しつつ信号伝送の信頼性を維持します。
フレキシブルプリント基板は、デバイスの小型・軽量化を実現し、製品をより薄く軽くし、ウェアラブル機器の快適性と耐久性を向上させます。ケーブルやコネクタを減らし、組立工程を簡略化して生産効率を高めます。フレキシブルPCBは振動やストレスに強く、電気自動車（EV）、ドローン、スマートホームなどの分野で広く活用され、製造技術の進化を推進しています。
以下の内容は、フレキシブル基板の主な種類、構造、長所および短所について説明し、それらを剛性基板と比較しています。
フレキシブル基板は、柔軟性のあるフィルムを基材とし、電源および信号伝送用の銅線を備えた薄型基板です。基材は折り曲げたり、空間的な制約に合わせて形状を変えることが可能です。 フレキシブルPCB 基板は、剛性基板が空間的または動的要件を満たせない場合に最適な選択肢です。
硬い基材を使用する剛性基板と比較して、フレキシブル基板は装置の動きや狭いスペースに適応するために曲げることができ、コネクターやケーブルの数を減らし、重量を軽減し、組立を簡略化します。
フレキシブルPCBは、基板としてポリイミドやポリエステルフィルムを使用する場合が多いです。銅箔は接着剤を介して基板にラミネートされ、カバーレイが配線を保護し、曲げ性能を維持します。スタイフナーは部品の局所的な支持に使用され、カバーレイは絶縁性と強度を向上させるために使用されます。層数や厚さは用途に応じて調整され、柔軟性と耐久性のバランスを取るようにしています。フレキシブルPCBは、カメラや携帯電話、ウェアラブルデバイス、センサー、医療用スキャナー、スマートグラス、ドローンなど、幅広い分野で使用されています。自動車業界ではインストルメントパネルやセンサーに使用され、航空宇宙分野では軽量性と曲げ性が評価されています。また、可動部分を持つロボットにも適用可能です。
特徴 |
能力 |
| 基板 |
ポリイミド ポリエステル PTFE |
| 層数 | 1～12層 |
| 基材厚 | 12～125 μm |
| 銅の厚さ | 12/18/35/70 μm |
| カバーレイ | PI+接着剤～25～50 μm |
| 単層厚さ | 0.08～0.2 mm |
| 多層厚み | ≥0.15 mm |
| 最小ライン幅 | 3~5 ミル（0.075~0.127 mm） |
| 最小線間距離 | 3~5 ミル（0.075~0.127 mm） |
| 最小機械アパーチャー | 0.15~0.2 mm |
| 最小レーザーアパーチャー | 0.1 mm |
| はんだマスク | ≥3 ミル（0.075 mm） |
| カバーレイ間隔 | ≥3 ミル (0.075 mm) |
| 表面仕上げ | ENIG、OSP、浸錫／銀 |
| 耐熱性 | 260℃／20秒 |
| Dk | 3.2～3.5（@1MHz） |
| Df | ≤0.02 |
| フレックス寿命 | ≥100,000回 |
| 尺寸の許容量 |
±0.1 mm（外形寸法） ±10%（厚み） |
| 完成品のパッケージ |
フォーム バブルパッド 帯電防止袋 |
フレックス回路基板は多くの種類があり、電子部品や装置に広く使用されています。以下に具体的な紹介を示します。
銅回路は基材の片面にのみ配置されています。ポリイミドフィルムが信号を伝達し、カバーレイが保護と曲げ識別を提供します。構造が超薄型で低コストであり、基本的な回路に適しています。一般的な応用例としては、センサー配線、LEDテープライト、基本的な信号接続があります。通常、ハーネスの削減と軽量化のために一度だけ曲げたり、まっすぐの状態で使用されます。製造が簡単で小ロット生産に適しています。欠点としては、配線能力が限られており、複雑な配線にはジャンパーピンや外部配線が必要になること、単層配線では交差を避ける必要があり、補強板が厚さを増す原因になることがあります。
基板の両面に銅回路が配置され、スルーホールまたはマイクロバイアスを介して層間接続が実現されます。同じサイズにおいて配線密度が高くなり、両面カバーフィルムで保護されます。軽量かつ薄型で、中程度の複雑な信号を処理できます。一般的な応用例としては、バーコードスキャナー、カメラ配線、LEDバックライトパネルがあります。利点は、電源ラインと信号ラインを分離でき、配線の柔軟性が高い点です。欠点は、製造工程（ドリリング、電解メッキ）が複雑になるため、片面基板よりもコストが高くなることです。設計のポイントは、曲げ領域にスルーホールを配置しないようにすること、および製造元が提供する曲げ領域の設計ガイドライン（配線幅や間隔など）に従い、長期的な信頼性を確保することです。
3層以上の銅導体層を含み、柔軟性のある絶縁層で各層が分離されている。内部層には電源層とグランド層を配置し、ノイズを低減することができる。ビアやブラインドホールによる相互接続によりスペースを節約。全体はカバーフィルムで保護されている。高速回路、RFモジュール、小型カメラモジュールの接続に適している。利点としては、電源、グランド、信号を薄型構造に統合し、信号の完全性に優れ、EMI耐性も高い。欠点は製造コストが高く、工程が複雑なこと。設計のポイントとして、層数が厚みと工程に影響を与えること、主要信号は内部層に配置すること、層数が増えるにつれて最小曲げ半径を大きくする必要があり、信頼性と柔軟性のバランスを取る必要がある。
すべての柔軟な設計は、柔軟性のある基板に基づいています。静的柔軟基板は、一度の取り付けと曲げのみが必要な用途（例えば、カメラや携帯電話など）で使用され、コストが低いです。動的柔軟基板は、反復的な曲げが必要な箇所（例えば、ヒンジや折り畳み画面など）で使用されます。この用途では、数千回の曲げに耐えるための特別な設計が必要です：銅線への応力を低減し、中立曲げラインを設定します。材料の選定（基材、カバーフィルム、銅の厚さ）は、曲げ要件と予算によって異なります。
補強板付きフレキシブルPCB。補強板（材質：FR4、ポリイミド、金属板）は接着剤によってフレキシブル基板の特定の領域に固定される。その機能は、コネクタやチップなどの重い部品を支持し、局所的な平面性と強度を高め、曲げによるはんだクラックを防止することである。適用箇所はコネクタパッド、部品の下、基板エッジ、およびテストポイントである。設計上のポイントとしては、補強板の領域は隣接する曲げ領域に影響を与えないように確保する必要があり、接着は強力で耐熱性を持つ必要があり、遷移領域のカバーフィルムは滑らかである必要があり、局所的な厚み追加に際しては組立およびはんだ付けプロセスの調整を考慮する必要がある。
剛性基板領域と柔軟領域を単一構造に統合する。製造時に柔軟層を剛性部分に圧着する。その利点は、剛性領域を接続するための追加ケーブルが不要であること。局所的な剛性支持を提供しつつ、柔軟な接続を維持し、重量を削減し、スペースを節約し、組立を簡略化する。主に航空宇宙、医療インプラント、軍用機器に使用される。具体的な要件としては、高精度の積層およびアラインメント技術が必要である。設計上のポイントは、設計初期段階で機械的な適合性および屈曲経路を定義することであり、CADツールによるハイブリッド構造設計の支援が必要である。
コアは柔軟な基材フィルム（ポリイミドなど）で構成されている。その上に銅箔を積層して回路を形成する。接着剤により銅層が基材にしっかりと接着されるようにしている。カバーフィルムが外層として使用され、湿気や摩耗から保護し、屈曲寿命を延長する。
曲げ半径はフレキシブル基板の最大曲げ性能を示す指標です。一般的な目安は「曲げ半径 ≈ 基板厚み × 10」です。例えば、厚み0.1mmの基板の場合、最小曲げ半径は1mmとなります。
一度だけの曲げであれば、厚み×5のようなより小さな半径も許容されます。
繰り返し曲げがある場合は、最小曲げ半径を厳守する必要があります。さもなくば、材料の疲労破壊を引き起こしやすくなります。素材によって性能が異なります。ポリイミドは耐熱性に優れ、繰り返し曲げにも耐えられますが、ポリエステルは低コストで静的用途に適しています。銅箔が薄いほど柔軟性が高まります。
主な機能は、パッド（コネクタ、部品、テストポイント）に局所的な平坦性と機械的なサポートを提供することです。曲げ応力によるはんだクラックを防止します。しっかりと接着するためには耐熱性接着剤が必要です。
使用材料：FR4（低コスト）、ポリイミド（優れた熱膨張適合性）、アルミニウムシート（高強度）。ステイファナーは剥がれを防ぐため、精密なカットとエッジ処理（テープ／カバーフィルム巻きなど）が必要です。
配線計画：配線幅（電流容量および剛性に影響）および間隔（曲げによる短絡を回避）は早めに決定する必要があります。曲げ部分の配線は滑らかなカーブ形状とします。
曲げ部加工：重要な信号線およびスルーホールは避けてください。重要なネットワークは安定した領域に配置します。
部品配置：最初に曲げられない領域に配置します。曲げ部分に近い場合は、フレキシブルコネクタまたはZIFソケットの使用を検討してください。
設計ツール：積層モデル化、応力解析、曲げシミュレーション機能を備えたフレキシブル設計に対応するCADツールを使用し、機械設計との協働を円滑にします。
フレキシブル基板技術は、省スペース・軽量化・組立簡略化により設計の可能性を拡大します。シングルサイド、ダブルサイド、多層、またはリジッドフレックス基板の中から用途に応じて選択してください。適切な材料選定、配線計画および屈曲設計により、動的用途における信頼性を確保してください。
PCBasicなどのメーカーは、専門的知識、迅速なプロトタイプ作成および量産支援を提供します。適切なタイプのフレキシブル基板を選定することで、可動部分を持つ薄型・軽量電子機器を効率的かつ信頼性を持って開発できます。
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