フレキシブルPCBは、フレキシブルプリント配線板、フレックスサーキット、フレキシブル配線板とも呼ばれる。その名の通り、曲がる回路基板の一種です。折り曲げたり、丸めたり、伸ばしたり、3次元的に動かすことができる。フレキシブルプリント配線板は、ポリイミドやポリエステルのような薄いフィルムで作られている。これらは高い信頼性と非常に優れた柔軟性を与える。.
フレキシブルプリント回路（FPC）の起源は1950年代にさかのぼる。, 米国の研究者たちが、従来のワイヤーハーネスに代わるものとして、フレキシブル基板に平らな導体を印刷し、エッチングする技術を開発したとき。. メーカーはポリエステルやポリイミドフィルムをベースに使用した。これらのフィルムは基板を丈夫で曲げやすくする。薄いプラスチックシートに回路を埋め込むことで、小さな部品を狭いスペースにたくさん積み重ねることができる。その結果、曲げたり、折ったり、コンパクトな形状に収まる回路ができる。フレキシブル回路は軽く、場所をとらず、よく冷え、実装が容易である。旧来の接続方法の限界を解決したのだ。.
フレキシブル回路には主に3つの材料群がある。第一は絶縁フィルム。第二は導体。第三は接着剤である。これらの部品が一体となって、電子機器の小型化、モバイル化のニーズに応えている。フレキシブル回路は、デバイスの高密度化、小型化、信頼性の向上を可能にする。.
フレキシブルPCBに使用される材料
1.絶縁フィルム
絶縁フィルムは回路の主要なベース層を形成する。接着剤は銅箔と絶縁フィルムの接着に使われる。多層フレックス設計では、フィルムは内層の接着にも使用されます。.
絶縁フィルムはホコリや湿気から回路を保護します。また、基板が曲がるときのストレスを軽減する。導体層には銅箔を使用。.
一部のフレックス回路では、アルミニウムやステンレス鋼製のリジッド部品を使用しています。これらのリジッド部品は寸法安定性を与える。部品やワイヤーを物理的にサポートします。また、ストレスを軽減する。接着剤は、リジッド部品をフレキシブル回路に接着します。.
もうひとつの一般的な素材は、絶縁フィルムの両面をコーティングするボンディング層である。このボンディング層は絶縁性を与え、層の接合を助ける。これにより、一部のフィルム層が不要になり、メーカーは少ない部品で多くの層を接合することができます。.
絶縁フィルムには多くの種類がある。最も使われているのはポリイミドとポリエステルだ。アメリカのフレキシブル回路メーカーの約80％がポリイミドフィルムを使用している。約20パーセントはポリエステル・フィルムを使用している。.
ポリイミド は燃えにくい。形状を保ち、破れにくく、はんだ付けの熱にも耐える。ポリエステルはPET（ポリエチレンテレフタレート）とも呼ばれ、ポリイミドに近い物理的特性を持っています。誘電率が低く、吸湿性が低い。しかし、高熱にはあまり強くない。ポリエステルは約250℃で溶融し、ガラス転移温度（Tg）は約80℃です。このため、基板端でのはんだ付けが多い製品での使用には限界がある。低温での使用では、ポリエステルは硬くなります。それでも、ポリエステルは過酷な条件に直面しない電話やその他の製品には適している。.
ポリイミドフィルムはポリイミドまたはアクリル系粘着剤と組み合わせることが多い。ポリエステルフィルムは通常、ポリエステル粘着剤と組み合わせる。.
2.導体
銅箔はフレキシブル回路に適している。銅箔は電解析出法（ED）または圧延・焼鈍法（RA）で作ることができる。ED銅の片面は光沢があります。もう一方の面はマットな加工面です。ED銅は曲げることができ、多くの厚みと幅があります。ED銅のマットな面には、粘着性を良くするために特別な処理が施されることがよくあります。.
RA銅は柔軟で滑らか。より強くすることもできます。RA 銅は繰り返し曲げたり、ダイナミックに曲げたりする必要がある設計に有用です。.
3.接着剤
接着剤は絶縁フィルムを導体に接着するだけではありません。接着剤はカバー層、保護膜、オーバーレイ層として機能します。主な違いは、層の塗布方法である。カバー層は絶縁フィルムに接着し、ラミネート構造を形成する。.
スクリーン印刷は、接着剤の塗布とコーティングに使用される。すべてのラミネート構造が接着剤を使用するわけではない。接着剤を使用しないラミネートは、より薄く、よりフレキシブルな回路を作ることができる。また、接着剤を使用したラミネートよりも熱伝導に優れています。熱を遮断する接着剤層がないため、熱は回路内をよりよく移動します。このため、接着剤ベースのフレックスが故障するような条件下でも、接着剤フリーのフレックスを使用することができます。.
FPCのはんだ付け手順（FPCはんだ付け工程）
以下は、PQFPチップとフレキシブル回路上の一般的なSMD部品を手はんだ付けするための実践的な手順です。これらの手順を明確なガイドとして使用してください。安全規則とESD規則にも従ってください。.
はんだ付けの前に、パッドにフラックスを塗る。こてを使用してパッドを処理する。こうすることで、ひどい錫メッキやパッドの酸化を防ぐことができる。チップは通常、前処理を必要としない。.
ピンセットを使ってPQFPチップを慎重にPCBに置く。リード線が曲がったり折れたりしないように注意してください。チップをパッドに合わせます。チップの向きが正しいことを確認してください。コテを300℃以上に熱します。コテ先に少量のはんだを付けます。位置合わせしたチップを工具で押さえる。対角線上にある2本のピンに少量のはんだを付けます。チップを持ち、対角の2本のピンをはんだ付けする。これでチップが固定される。この2本のピンをはんだ付けした後、アライメントを確認する。必要であれば、チップを移動するか、取り外して置き直す。.
すべてのピンをはんだ付けし始めたら、コテ先にはんだを付けます。すべてのピンにフラックスを塗布し、濡れた状態を保ちます。はんだがピンの中に流れ込むのが見えるまで、コテ先を各ピンの端に接触させます。はんだ付け中は、コテ先をピンと平行に保ってください。こうすることで、はんだが多すぎてピンがブリッジするのを防ぐことができます。.
すべてのピンをはんだ付けした後、フラックスを使ってすべてのピンを濡らし、はんだをきれいにする。余分なはんだを取り除き、ショートやブリッジを取り除く。最後に、ピンセットを使ってはんだ接合部の不良を検査する。終わったら、基板をきれいにする。アルコールと硬めのブラシを使い、はんだの残りがなくなるまでピンの方向に沿って拭く。.
SMD抵抗器とコンデンサはもっと簡単である。部品をパッドの上に置く。次に、一端をパッドの上に置き、ピンセットで保持する。まず一端をはんだ付けする。配置を確認する。位置が合っていれば、もう一方の端をはんだ付けする。.
リジッドPCBとフレキシブル回路の主な違い
リジッドPCBは、一般的に回路基板として考えられているものだ。非導電性の基板上に導体やその他の部品を使用している。非導電性基板にはガラスが含まれていることが多い。ガラスはボードを強く、硬くします。リジッドPCBは部品をしっかりと支え、耐熱性にも優れています。.
フレキシブルPCBもまた、非導電性のベース上に導電性のトレースを持つ。しかし、ベースはポリイミドのように柔軟性があります。フレキシブル・ベースは、回路を曲げたり、振動に対応したり、よく冷えたり、さまざまな形に折り畳んだりすることができる。このような形状のため、フレックス回路は現在、コンパクトで新しい電子機器設計で一般的となっています。.
ベースとなる素材や剛性以外にも、大きな違いがある：
導体の選択：フレックスでは、硬いED銅の代わりに柔らかいRA銅を使うことが多い。これは、回路が割れずに曲がらなければならない場合に役立ちます。.
製造：フレックスメーカーは、リジッドPCBのようにソルダーレジストを使用しません。ベアトレースを保護するためにカバーレイまたはカバーコートを使用します。.
コスト：フレックス回路は通常、リジッド基板よりもコストが高い。しかし、フレックス・ボードを使えば、エンジニアは製品を縮小することができる。製品を小型化すれば、製造や出荷にかかるコストが削減できるため、製品の総コストを下げることができます。.
リジッドPCBとフレキシブルPCBの選び方
どちらのタイプも多くの製品に使用できる。用途によっては、どちらか一方のタイプの方が有利な場合もある。例えば、リジッドPCBはテレビやデスクトップPCのような大型製品に適しています。携帯電話やウェアラブルのような小型製品は、フレックス回路が必要な場合が多い。.
あなたが選ぶとき、考えてみてください：
製品に必要なこと.
業界が類似製品に通常使用しているもの。.
あるタイプを使用することで、コストや組み立てがどのように変わるか。.
折りたたみ、折り曲げ、省スペースが必要な機器にはフレックスを。低コストで大型部品の高い取り付け強度が必要な場合は、リジッドをお選びください。.
フレキシブルプリント基板用補強材
スティフナーは、補強プレート、サポートプレート、強化リブとも呼ばれる。フレックスを制御するために電子機器に使用される。スティフナーは、フレックス基板が曲がりすぎるという問題を解決します。プラグイン部分の強度を高め、組み立てを助けます。.
一般的な補強材の種類
ステンレススティフナー
アルミニウム製スティフナー
ポリエステル補強材
ポリイミド補強材
ガラス繊維補強材
PTFE（テフロン）スティフナー
ポリカーボネート製スティフナー
ポリイミド（PI）補強材の取り扱い規則：
使用前にPIスティフナーを80℃で30分間焼く。.
できれば、約25℃、相対湿度65%のクリーンルームで作業してください。.
切りたてのPIスティフナーはすぐに使う。1日以上置く場合は、よく密閉する。.
接着前に、FPCとスティフナーとの界面を清掃してください。.
異なるプレスを使用する場合は、正しい接着条件とプレス条件を使用してください。.
硬化後、治具が冷えるのを待ってからパーツを開いて取り出す。.
ラミネート後、PIスティフナーを急冷しないでください。どうしても必要な場合は、ガラス繊維布のような徐熱キャリアの上に部品を取り出してください。プラテンプレスを使用する場合は、製品が室温まで冷めるまで待ってください。.
フレキシブルプリント基板のへこみや割れを防ぐには
フレックス回路の中立的な曲げ軸は、スタックの中心にない場合があります。適切な取り扱いは、へこみやひび割れを防ぐのに役立ちます。.
フレキシブルプリント基板は、電気部品であると同時に機械部品でもある。トレース・レイアウトは回路全体の強度を高めなければなりません。リジッド基板とは異なり、フレックス基板は最終製品の内側に収まるように曲げたり、ねじったり、折り曲げたりすることができる。曲げが一点を超えると、銅には強い張力がかかります。そうなると、フレックスが壊れたり、へこみができたりします。.
フレックスは、リジッド基板にはないオプションを設計者に与えます。フレックスが適切な仕事であっても、銅トレースが絶対に故障しないというわけではありません。銅にも耐えられるストレスの限界があります。.
特に、製品に動的な曲げ（使用中に曲がること）が発生する場合や、狭い筐体スペースに折り畳まなければならない場合は、多くのことに注意する必要がある。クラックを避けるためには、精度が重要です。.
設計上の留意点
たわみと曲げ
以下は、寿命と信頼性を高めるための明確な設計アイデアである。.
応力ポイントと曲げ半径を知る
曲げ、折り曲げ、ねじりの限界を知ってください。片面曲げの場合、曲げ半径や応力点を超えて伸ばしたり絞ったりすると、銅に亀裂が入ります。常にこれらの限界内で作業してください。.
中立軸
ダイナミック・フレックスの使用には、片面フレックス設計が最適です。片側だと銅が構造体の中心付近に収まるスペースができます。このレイアウトでは、動的な曲げの際に銅が強く圧縮されたり伸ばされたりすることはありません。.
薄い方が良い
薄いスタックの方が曲がりやすい。内側の曲げ半径が小さくなり、外側の層へのストレスが少なくなります。よく曲がる部品には、より薄い銅とより薄い誘電体層を使用してください。.
Iビームレイアウト
Iビームとは、銅または誘電体層が両側で直接重なっていることを意味する。これにより、折り曲げ部分の強度が増します。内側の層が圧縮されるため、外側の層はより伸びることになります。これを減らすには、トレースを反対側にオフセットします。.
鋭利な折れ曲がり
多くのフレックスボードは折りたたむように設計されている。よくできたボードは、最初の折り目やひねりに耐えることができる。しかし、折り目がついた部分を繰り返し折るのは良くない。銅が時間の経過とともに壊れてしまいます。お勧めできません。折り曲げ部分には角丸トレースなどの設計上のトリックを使ってください。.
その他、ひび割れを防ぐためのヒントがある：
はんだ付けまたは錫メッキされたトレースパスを使用してください。.
RA銅またはED銅を使用し、結晶粒の方向を制御する。.
折り曲げ部分にはポリイミドフィルムを使用する。.
下部には補強用リブ、上部にはカバーレイヤーを使用する。.
その他の実践的な設計とプロセスに関する注意事項
部品をセットする際は、穴や鋭利なエッジからトレースを遠ざけてください。こうすることで、破損の危険性が低くなります。.
丸いパッド形状を使用し、ベンド付近のトレースにフィレットを加える。.
ビアは、応力の高い曲げゾーンには配置しないこと。どうしてもビアを配置しなければならない場合は、補強材を使用してください。.
トレースやパッドの角にはRを付けてください。直角は応力を集中させ、クラックの原因になります。.
折り目を横切ってトレースを配線する場合、可能な限り折り目の軸に垂直に配線するようにしてください。こうすることで、引っ張り応力が低くなります。.
繰り返しの動作には、部品やビアのない自由な領域で曲げを維持するフレックスから基板への移行を使用するようにしてください。.
組み立ての取り扱いと環境に関する注意事項
ポリイミドやその他の材料は、乾燥した密閉袋に入れ て保管してください。湿気は接着剤を傷め、層間剥離の原因となります。.
作業場所を清潔に保つ。ほこりや油分は接着に悪影響を及ぼします。.
リフローはんだ付けでは、材料の時間-温度限界に従ってください。ポリイミドは高熱に耐えるが、ポリエステルはそうではない。.
接着剤を使用する際は、硬化曲線と冷却ステップに従ってください。冷却が速すぎると、応力や反りの原因になります。.
フレックス回路を扱うときは、ESD保護を使用してください。回路によっては敏感なICがあります。.
フレキシブルプリント基板の一般的な用途
フレキシブル回路は多くの製品に使われている：
携帯電話とタブレット
カメラ
ウェアラブル機器
医療機器とセンサー
自動車用センサーおよびダッシュボード部品
航空宇宙および軍事エレクトロニクス
LED照明とディスプレイ
コネクターとケーブルアセンブリ
その主な利点は、小型、軽量、異形にフィットする能力である。.
フレックス回路の利点と限界
メリット
省スペースで軽量。.
可動部や折りたたみ部を許可する。.
フレックスを基板間で配線できるため、コネクタの必要性が低い。.
適切な設計であれば、熱性能は高い。.
多くのダイナミックな用途で信頼性が向上。.
限界だ：
コストは単純なリジッドPCBより高い。.
取り扱いにはより注意が必要だ。.
はんだ付けの高熱に耐えられない材料もある。.
設計を誤れば、動的な曲げ短寿命のリスク。.
テストと品質チェック
信頼性を確保する：
曲げ試験で動的曲げ寿命を確認する。.
温度変化に対する耐性を調べるには、サーマルサイクリングを使用する。.
X線または顕微鏡で、隠れた亀裂がないか検査する。.
接着した補強材やコネクターの引っ張り試験を行い、ホールド強度をチェックする。.
信号線のインピーダンスと導通をチェックする。.
最後のメモと簡単なヒント
高熱と高信頼性を求めるならポリイミド。低コストと低熱量が問題ない場合はポリエステルを選択する。.
ダイナミック・フレックスには、片面薄型スタックとRA銅を使用する。.
組み立てを容易にするため、コネクター部分に補強材を追加する。.
できる限り曲げ半径を大きくしてください。半径が大きいと寿命が長くなります。.
へこみや亀裂が早期に見つかった場合は、曲げの位置やスタックを見直してください。銅の種類や厚さを変えるか、カバーレイを追加してください。.
組立手順が材料の限界に合っていることを確認してください。例えば、ポリエステルベースのフレックスには高温はんだ工程を使用しないでください。.
フレキシブルプリント基板-よくある質問
回答フレキシブルPCB（FPC）とは、ポリイミド（PI）やポリエステル（PET）などの薄いフィルムで作られた折り曲げ可能な回路基板のことです。折り曲げたり、丸めたり、3次元空間にフィットさせることができます。スペースの節約やコネクタの必要性を減らすことができます。.
回答PI（ポリイミド）は高熱に強く、破れにくく、信頼性が高い。高温リフローや過酷な環境が必要な場合は、PIを使用してください。PET（ポリエステル）はコストが安く、誘電率が低く、吸湿性が低いですが、高熱にはあまり強くありません。電話機やその他の温和な環境の製品にはPETを使用してください。.
答え銅箔が一般的です。ED（電解銅箔）銅とRA（圧延アニール）銅があります。RA銅はよく曲がるデザインに適しています。.
答えスティフナーとは補強材（PI、金属、グラスファイバーなど）のことです。補強材は、コネクターやはんだ部分を強化するため、組み立てを容易にするため、またはインターフェイスを保護するために使用します。.
回答設計で曲げ半径をコントロールしてください。曲げ部分に部品や多数のビアを配置しない。適切な銅厚と誘電体厚を使用する。要所要所に補強材やカバーレイを追加する。同じ折り目を何度も折らない。.
答え曲げ半径＝(比)×全曲げ厚さです。単層スタティックベンド（一度曲げたらそのまま）の場合、一般的なガイドラインは以下の通りです。 10×厚さ. .単層のダイナミック・ベンド（何度も曲がる）の場合、一般的なガイドラインは以下の通りです。 100×厚さ.
例：フレックスの厚さが0.20mmの場合、静的半径＝0.20×10＝2.0mm、動的半径＝0.20×100＝20.0mm。.
注：ガイドラインは層数、材料、用途によって異なります。正確な上限については、契約メーカーまたはIPC/サプライヤーのDFM規則を確認してください。.
PCBサンプルの製造と発送は 48時間 ご注文の確認、最終アートワーク（ガーバー）の承認、お支払い後。発送にかかる時間は別途で、宅配業者と送り先によって異なります。.