フレキシブル回路アセンブリ:コンポーネント配置を考える

Tara Dunn
|  投稿日 一月 24, 2024  |  更新日 二月 13, 2024
リジッドフレックスPCB組み立ての課題

想像できるように、フレキシブル回路は、PCBが薄く、小さく、軽量であることが求められるアプリケーションに最適です。薄く軽量な材料の性質のため、製造と組み立てにも課題を提示します。今日のブログでは、これらの課題について高レベルで見ていき、コンポーネントの選択と配置がアプリケーションでのフレキシブル回路の成否を左右する方法に焦点を当てます。

フレックスPCB内の配置

PCB設計者は、フレキシブル回路を設計する際に、基板の柔軟性が製造と組み立ての両方でユニークな課題をもたらすため、コンポーネントの配置を慎重に検討する必要があります。曲げ領域に対するコンポーネントの配置と向きの誤りは、静的フレックスと動的フレックスの両方の場合に信頼性の課題を生じさせます。

ここでは、念頭に置くべき主要な考慮事項とリスクを紹介します:

コンポーネントのタイプとサイズ

  • フレキシブル回路に適したコンポーネントを選択し、そのサイズ、重量、機械的な堅牢性を考慮します。大きなプロセッサーや電力電子コンポーネント(インダクタ、トランスフォーマーなど)のような大きなまたは重いコンポーネントは、曲げ時に追加のストレスを導入します。(これについては以下で詳しく説明します)

はんだ接合部の位置

  • 曲げ時に過度のストレスとクラッキングを避けるため、フレックス領域ははんだ接合部の近くに配置してはいけません。柔軟性のないはんだ接合部は、回路が曲がるときに破裂し、電気的な故障を引き起こす可能性があります。

フレキシブルトレースのルーティング

  • 曲げ領域のトレースを優しいカーブでルーティングし、曲げ領域から鋭い曲がり角を避けます。鋭い曲がり角は、曲げ時に曲線のトレースよりも容易に剪断される可能性があります。

補強板とサポート

  • 機械的ストレスを受けやすい領域に追加のサポートを提供するために、戦略的に補強板を統合します。例には、大きなコンポーネント、メザニンコネクタ、ボード間コネクタが含まれます。

SMTまたはスルーホール

  • SMTコンポーネントはフレックスPCBで最も一般的に使用されますが、時にはスルーホールコンポーネントが使用されます。スルーホールコンポーネントは十分な銅パッド領域を持たない場合があり、強固な結合を形成することができないため、補強板のある領域に配置する必要があります。

プロトタイピングとテスト

  • フレキシブル回路のプロトタイプを作成して、部品の配置、曲げ、熱信頼性、および機械的信頼性を検証します。フレックスデザインをMCADアプリケーションで、あるいは動的ストレスシミュレーションで資格付けすることを確認してください。動的ストレスを分析しないと、組み立て中または組み立て後に予期しない故障が発生する可能性があります。

これらの考慮事項に対処することで、PCB設計者はフレキシブル回路製造に関連するリスクを軽減し、設計されたコンポーネントが回路材料の柔軟性によって生じる独特の課題に耐えられることを確保できます。

サイズ

  • 小型化:可能であれば、より小さなサイズのコンポーネントを選択し、質量を分散させて、曲げ時のストレスポイントの導入リスクを減らします。

  • パッケージサイズ:コンパクトなパッケージサイズのコンポーネントを選択して、回路の全体的な柔軟性への影響を最小限に抑えます。

重量

  • 軽量材料:特に重量が重要な要素であるアプリケーションにおいて、コンポーネントの軽量材料を優先します。重いコンポーネントは、曲げ時にフレキシブル回路全体のストレスを増加させる可能性があります。

  • ロープロファイルコンポーネント:質量と高さを最小限に抑えるために、低プロファイルのコンポーネントを選択し、機械的ストレスの可能性を減らします。

機械的堅牢性

  • フレキシブルデザイン:機械的堅牢性を念頭に置いて設計し、製品が曲げに伴う機械的ストレスに耐えられるようにします。

  • 補強:機械的ストレスを受けやすいコンポーネントの周囲を補強することを検討してください。これは、追加の基板層や戦略的に配置されたスティフナーを通じて行うことができます。

大きなまたは重いコンポーネントは、曲げ時に追加のストレスを導入し、信頼性の問題につながる可能性があります。

ストレス集中

  • 機械的ストレス:大きなまたは重いコンポーネントは、曲げ時にストレス集中点を作り出す可能性があり、はんだ接合部、トレース、またはフレキシブル基板に亀裂が生じる可能性があります。増加した機械的ストレスは、疲労破壊やフレキシブル回路の層剥離など、長期的な信頼性の問題を引き起こす可能性があります。

柔軟性への影響

  • 柔軟性の低下:重いコンポーネントは、回路の全体的な柔軟性を制限し、回路が望ましい形状や曲げ半径に適合することをより困難にします。制限された柔軟性は、繰り返し曲げが要求されるアプリケーションにおいて、フレキシブル回路の性能に影響を与える可能性があります。

組み立ての課題

  • 取り扱いの難しさ:大きなまたは重い部品は、組み立てプロセス中に課題をもたらす可能性があり、慎重な取り扱いと特殊な機器が必要になることがあります。部品の重さは、はんだ接合部の品質に影響を与え、はんだ接合部の亀裂や位置ずれなどの問題を引き起こす可能性があります。

材料の互換性

  • 材料の負荷:重い部品は、柔軟な基板材料に負荷をかけ、時間とともにその機械的特性に影響を与える可能性があります。継続的な負荷は材料の疲労に寄与し、柔軟な回路の全体的な寿命と信頼性を低下させる可能性があります。

設計の反復

  • プロトタイピング:長期的なリスクを軽減するために、曲げる際の大きなまたは重い部品の性能を評価することに焦点を当ててプロトタイピングを行います。

部品のタイプ、サイズ、および機械的特性を慎重に考慮することで、PCB設計者は柔軟性が重要なアプリケーションでの信頼性と性能を確保するために、柔軟な回路設計を最適化することができます。常に、設計段階で製造業者と協力することで、柔軟な回路上の部品配置に関連する潜在的な問題を特定し、対処するのに役立ちます。

筆者について

筆者について

Taraは、PCB技術者、設計者、製造業者、調達組織、およびプリント基板ユーザーとの共同作業を20年以上こなしてきた経験を持つ業界の専門家として認められています。専門分野は、フレキシブル、およびリジッドフレキシブル、付加テクノロジー、クイックターン プロジェクトです。業界トップクラスの事情通であり、運営している技術リファレンスサイトPCBadvisor.comを参照すれば、さまざまな話題を短時間で学ぶことができます。また、さまざまな業界イベントで講演者としてステージに立ち、雑誌『PCB007.com』にコラムを書き、Geek-a-palooza.comを主宰しています。彼女が経営するOmni PCB社は、即日対応の企業として知られ、リードタイム、テクノロジー、ボリュームという独自の仕様に基づいてプロジェクトを遂行できることで有名です。

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