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リジッドフレキシブル基板設計
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リジッドフレキシブル基板設計

フレキシブルおよびリジッドフレキシブルプリント基板技術は、軽量化と省スペース化を実現します。今日の小型軽量のコンシューマーエレクトロニクス製品は、リジッドフレキシブル技術を用いて作られることが多いですが、リジッドフレキシブル基板設計を成功させるには多くの課題があります。フレキシブル電子機器やウェアラブル設計のための基板とリジッドフレキシブル設計については、ライブラリのリソースをご覧ください。

Getting Started with Rigid-Flex PCB Design How PCB Design Supports Flexible Assemblies Rigid-Flex Design Guidebook Best Practices for Rigid-Flex Webinar Flex and Rigid-Flex in Altium
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フレキシブルの今後: リジッドフレキシブル基板設計についての学習が要求される業界 フレキシブルの今後: リジッドフレキシブル基板設計についての学習が要求される業界 1 min Thought Leadership フレキシブルなLEDストリップライト 時の過ぎるのが少し速すぎると感じたことはありませんか? 私は、ダイヤルアップインターネットの使用方法を憶えるのに四苦八苦していたのが昨日のことのように感じます。それが今では、最新技術のブロードバンドルーターの設定に苦労しています。現在の技術をマスターできたら、すぐに、次の大きな課題に取りかかる時期であり、すべてをまた最初から始める必要があると思っています。PCB設計者である皆さんにとっても、PCB設計の次の大きな課題であるフレキシブルとリジッドフレキシブルについて学習する時期です。急速に進化しつつあるPCBの分野でも、最も進化のスピードが速いのがフレキシブル基板です。IoT（モノのインターネット）、ウェアラブルな電子機器、フレキシブルディスプレイのすべてが、業界をリジッドフレキシブル基板へと推し進める要因となっています。皆さんにとっても、ため息をついていないでリジッドフレキシブルに目を向け、次世代PCBの設計基準の学習を始める時期なのだと思います。 フレキシブル基板の分野は急速に成長 新しい設計手法の学習は大変ですが、PCB市場は世界的に成長しており、いくつかの調査では、市場規模が 2016年の635億ドルから2021年には738億ドルまで成長すると予想しています。この成長のうちの大きな部分を占めると期待されているのがフレキシブル基板です。いくつかの報告書ではフレキシブル基板の市場規模が 2020年までに152億ドル、 2022年までには270億ドルに成長すると予測しています。私には、次世代PCBは気にならなくても収益は気になります。フレキシブル基板は、すでにリジッド基板を追い抜いています。2014年には、リジッド基板の販売額がわずかに減少したのに対し、 フレキシブル基板の販売額は増加しています。「適応か死か」というのは自然の法則ですが、PCB設計の世界も同じです。リジッド設計しかなかった過去にとどまっていたのでは取り残されてしまいます。 フレキシブル基板の推進要因となっている業界 フレキシブル基板が成長していることを認識するのも重要ですが、もう一つ、このトレンドの要因となっている業界を知ることも重要です。現在フレキシブル基板の大きな成長要因となっているのは、IoTとウェアラブル電子機器です。私は、近い将来、フレキシブルディスプレイも 新たな成長要因になってくると考えています。 デジタルカメラには、すでに多くのフレキシブル基板が使用されています IoT（モノのインターネット） 爆発的な成長の先頭に立っている電子部品業界の一つがIoTです。成長が非常に速いため、間もなく皆さんも IoTデバイス用のPCBを設計することが大幅に増えてくるでしょう。このような新しいIoT用PCBの多くは、フレキシブル基板であることが要求されると思われます。 その一例が、あの「スマートな」LEDストリップライトです。LEDストリップライトは、ユーザーが必要とする形状に合わせて曲げられるよう、長さ方向に沿ってフレキシブルでなければなりません。最終的には、髪の毛が乾いたかどうか教えてくれる「スマートタオル」とか、くしゃみをしたら「お大事に! 」と注意してくれる「コネクテッドティッシュ」とかがあったら、ユーザーはやっぱり欲しくなるのです。この種のデバイスには、性質上、フレキシブル基板が必要です。 フレキシブル基板は、小さい3D形状に合わせる目的で使用される可能性もあります。3D印刷によるPCBはまだやっと形が見え始めた段階ですので、ぴったりこないスペースを埋めるには多少の創意工夫が必要です。リジッドフレキシブルを利用した設計であれば、基板を折り曲げ、長方形や立方体や八面体にしてスペースに入れることも可能です。これは、平らな基板では考えられなかったことです。リジッドフレキシブル設計を学習する際には折り紙も憶える必要があるかも知れませんね。 将来的には、ほとんどのPCBがこのウェアラブルデバイスのようになってしまうかも知れません。 記事を読む
3DプリントされたPCBの試作によりPCB設計の事情がどのように変わっているか 3DプリントされたPCBの試作によりPCB設計の事情がどのように変わっているか 1 min Thought Leadership インクジェットプリンターと食品保存容器内のエッチング液を使って初めて基板の試作を作ったときのことを覚えていますか? プリント、アイロン転写、剥離、再プリント、アイロン転写、エッチング。これだけ時間をかけ、イライラしたのに、車に取り付けたラジオから聞こえてくるのは音楽よりもノイズばかりでした。お金と時間をかけて専門業者に試作を作成してもらっても、私の初めてのラジオから聞こえてきたホワイトノイズと同じくらいイライラする結果になる可能性があります。このラジオで使われていた技術はもはや時代遅れです。そして現在の試作作成技術も同じ道をたどる可能性があります。新しい3Dプリンターは、PCBの試作を革命的に改善するだけではなく、PCBの製造にも同じ改善をもたらします。 試作の将来 試作のできあがりを待つことが苦痛なのは当然です。テスト基板が届くまでの間に、試作を作成するための新しい手法を生み出せるかもしれません。幸い、誰かがすでに新しい手法を生み出してくれました。新しい3Dプリンターは、導電層をプリントするために、ナノ粒子技術を使ってインク内に金属を浮遊させます（私は化学者ではないのでその仕組みはわかりませんが）。通常の3Dプリンターと同様に、新しい3Dプリンターは、プラスチックやその他の素材のレイヤーをプリントして基板を形成することができます。3Dプリントは、設計プロセスを合理化し、機能的な試作を構築して、設計を最適化できます。コストも削減されます。 待ち時間の解消 - 試作になぜそれほど時間がかかるのかを説明することもできますが、私も含め誰もその理由には興味がないでしょう。興味があるのは、テストモデルをどれほど短時間で入手できるかです。3Dプリンターを使えば、試作は社内でその日のうちに作成できます。つまり、設計のモデル化とテストを同じ日に行うことができます。それを実感してください。新しい PCB設計ソフトウェア には、デジタルモデルの作成を可能にするシミュレーション機能が搭載されています。3Dプリンターを使えば、コンピューターモデルと同じくらいすばやく物理的なモデルを作成できます。 即日テスト - 読者の皆様が何を考えているかはわかります。おそらく、1日で試作を作成することはできても機能するわけがないとお考えでしょう。もちろんエラーには備えてください。 新しい3Dプリンター は、導電層をプリントできるので、基板を実際にテストすることができます! これらの導電層は、エッチングされた銅箔と全く同じようには動作しません。導体をプリントするために3Dプリンターで使用されているインクの特性についての詳細をプリンターメーカーにお問い合わせください。 終わりのない繰り返し - 大学時代、私が履修していたクラスで、全ての学生が試験に落ちました。教授は、繰り返しが最適化につながるとおっしゃって、再試験を行いました。教授のひとりがおっしゃったこの言葉を聞いて、学生達は宿題の問題を繰り返し解いていました。短時間で繰り返して試作を作成できれば、新しいデザインができるとすぐにそのデザインをテストすることが可能です。 立方体表面に施された表面実装技術（SMT）をご覧ください コスト削減 記事を読む
フレキシブルPCBとIoT: PCB設計をめぐる状況の急激な変化 フレキシブルPCBとIoT: PCB設計をめぐる状況の急激な変化 1 min Thought Leadership クラウドへの接続はIoTの重要な機能です。​ PCB設計者として私は、自分の仕事の分野が過去20年間に根本的に姿を変えたと感じています。1990年代半ばに社会人になった私の初期のプロジェクトは、コンピュータとコンピュータ周辺機器の2つの主要分野のどちらかに集中していました。もちろん奇妙なステレオや時計付きラジオもありましたが、90%の時間はデスクトップPCのマザーボードとそれに類するものの開発に取り組んでいました。つまり、日常の設計作業では、広大な基板面積を扱っていました。しかも、全て2層基板でした。今とはまったく異なっていました。幸いにも、それは長くは続きませんでした。 現代まで話を進めると、私はまだコンピューター分野のPCBを設計しています。ビッグベージュボックスはもはやゲームの名前ではなく、全て IoTに関するものです。これらの組み込みコンピューターを通じて、特にいわゆる「スマートホーム」で使われるガジェットやデバイスのまったく新しいカテゴリーが開拓されました。コーヒーメーカー、湯沸かし、冷蔵庫、照明、腕時計、さらには車まで、この21世紀の技術を取り入れています。クラウド制御、リモートアクセス、機械学習（仕事から戻ってきたときにエアコンがONになる）などの機能を統合することで、本当に未来のように感じることが実現しつつあります。もちろん、私たちPCB設計者や電気エンジニアにとって、それは、簡単なファジー論理制御トースターよりもはるかに驚くべきことです。 IoT: 予想するよりも複雑なもの 明らかに、IoTデバイスのPCBを開発することは真の難題です。例えば、空間が非常に重視されます。ほとんどのIoT製品は、きれいでコンパクトなものが好まれる 消費者市場向けの小型家電、制御機器、ウェアラブル製品です。さらに、これらのデバイスの多くは、ハードウェアを考慮して設計されていません。むしろ、美しさが全てです。これは、ハードウェアのためには不規則な形の小さな空間しか使えないことを意味します。次に、性能の問題があります。プログラムを「ロードする」必要がある冷蔵庫や、YouTubeを表示させるのに多大な労力を必要とする スマートウォッチに大感激する人はいないでしょう。おそらくPCBには複数のICと少なくとも1つ（でなければ2つ）のSoCが搭載され、複雑な機能を全て処理します。最後に、信頼性を考慮する必要があります。これらのガジェットを購入する消費者は、「単に機能する」ことを期待します。これは、どんな設計を選択しても確固たる基盤が必要であることを意味します。以前のように「エラー」などの余地はありません。これを聞くと、設計者は不安になりますが、優秀な設計者の対処法に学ぶこともできます。 高性能を小さなパッケージに詰め込む必要があります。 フレキシブルPCB: IoTプロジェクトの最良の友 個人的な経験談で恐縮ですが、私が思い出した単純な2層基板は、現在では通用しません。小さなフォームファクターでは、十分な性能を発揮できないからです。「高密度多層基板にすればよいのでは」とお考えかもしれません。確かにそれは技術的には正しいのですが、私の経験では、そのような基板は価値よりも問題の方が大きいものです。多くのIoT製品（特にウェアラブル）は持ち運びを前提としているため、これらの基板は簡単に破損します。それだけでなく、そのような基板は収めるのに平坦な空間を必要とします。もっとよい答えがここにあります。IoTデバイスの全ての設計者 もそう思っているようです。フレキシブルPCBがIoTの空間に欠かせないものになり、以前とは違って非常に重視されるようになりました。 ポリイミド層で作られたフレキシブルPCBは、リジッド回路基板と同じ仕様に対応できます。長期信頼性を犠牲にしなくとも幅広い用途に応用できるため、 IoTアプリケーションで成功を収めています。さらに重要なことは、本質的に柔軟性が高いため、多くのIoT製品の小さくて特殊な形状にも簡単に収められることです。少なくないプロジェクトで、湾曲したフェースプレートとベースの背後の空間を利用できたことがあります。かさばるコネクタとリボンケーブルも、それほど使う必要はありませんでした。1つの共通設計を、さまざまなフォームファクターの複数のIoT製品に収めることもできます（私の上司はそのような設計が好みでした）。フレキシブルPCBとIoTはきわめて相性のよい組み合わせです。 最近まで、フレキシブルPCBの役割は大きくありませんでした。 写真は一般的なアプリケーションであるハードディスクドライブのモーターからメインボードへの接続です。 大小の非常に多くの企業がIoT市場の獲得を目指しているため、近い将来、多くの設計者がIoTプロジェクトに取り組んでいることでしょう。もちろん、私のように懐疑的な設計者なら、フレキシブルPCBを設計するのは不安かもしれません。IoTプロジェクトに関連する既存の課題を考慮すると、物事を より複雑にする必要はないとお思いのことでしょう。しかし、まさに「鶏と卵の問題」のように、IoT市場の拡大がフレキシブルPCBの性能を向上させ、同時にフレキシブルPCBがIoT市場を拡大しました。約8年前、あるベンダーに会った際、フレキシブルPCBのプロトタイプを見たことを覚えています。明らかに非常にシンプルでした。今日では、SMT、マイクロビア、多層基板、BGA 記事を読む
リジッドフレックスPCB設計 硬軟混成PCBデザインについての考察 1 min Blog Altiumの専門家、Ben Jordanと一緒に、リジッドフレックスPCB設計の詳細を学びましょう。 記事を読む
3Dモデリングが電子設計をいかに永遠に変えたか 3Dモデリングが電子設計をいかに永遠に変えたか 1 min Thought Leadership 1990年代後半から2000年代初頭にかけての電子機器の設計は、今日とは大きく異なる体験でした。古いPCB設計は、しばしば不動産に関して制限がなかったものです。また、現代の設計が抱えるような多くの機械的制約もしばしばありませんでした。確かに、電子部品は15年から20年前に比べて今日はずっと小さくなっていますが、それらが収まるべき機械的なエンベロープも同様に小さくなっています。 今日では、PCBの機械的側面とそれが統合されるシステムの両方を徹底的に調査することが不可欠です。もはや、一方を行うことなく他方を行うことはできません。3Dモデリングは、設計者がPCB設計の機械的側面を調査するのにどのように役立っているのでしょうか？ 3Dモデリング Altium流 Altiumは、Altium Designer® 統合開発プラットフォーム内で3D統合を利用可能にすることにより、PCB設計ソフトウェアに3D技術を導入した最初の企業でした。そして、彼らが言うように、残りは歴史です。Altium Designerは現在、STEPのような機械CADファイルのインポートとエクスポートが可能です。また、Altium DesignerとSOLIDWORKS®との間で直接的な相互作用を作り出すために努力しており、ParasolidモデルまたはSOLIDWORKS®部品モデルを使用して、実際の電気的および機械的な相互作用を可能にしています。ここに、私たちの3D技術が電子設計を永遠に変えた方法のほんの一部を紹介します： リジッドフレックス設計 Altium Designerはリジッドフレックス設計をサポートし、機械的な適合性を確保するために、完全なリジッドフレックス組み立てを3Dでモデル化することができます。また、最終的な向きでのリジッドフレックスの3Dモデルをエクスポートすることも可能です。 Altium Designerでの3Dリジッドフレックスモデリング 3Dモデルからの基板形状の作成 電気エンジニアは、機械的なSTEPモデルをAltium DesignerのPCBにインポートすることができます。このモデルには、機械CADパッケージで機械エンジニアによって作成された、必要なPCB基板の形状とスケール、基板のカットアウト、フィレット、取り付け穴が詳細に記載されています。電気エンジニアがこれを手に入れたら、3Dモデルから直接PCB基板の形状を作成し、すべての機械的要件に適合することを確認できます。 3DでのPCBフットプリントのモデリング 3Dモデルは直接PCBフットプリントに添付され、PCB内のフットプリント上で必要に応じて位置決めされます。このリンクは、クリーンな作業設計を確保する上でおそらく最も重要なステップです。フットプリントがPCBレイアウトに配置されると、3Dで表示され、3D DRC干渉チェックに使用することができます。 記事を読む
PCB設計に関する7つの一般的な誤解 PCB設計に関する7つの一般的な誤解 1 min Thought Leadership PCB組み立てを何年も経験しているあなたなら、デカップリングキャパシタやはんだマスク、回路図記号をよく知っているはずですよね？ さあ、覚悟してください。これまであなたが思っていたプリント基板設計に関するすべてを覆すかもしれません。まあ、すべてではありませんが、7つのことです。設計時には、教えられたこと、聞いたこと、自分で学んだこと（直角はPCBの酸の罠？）など、もはや当てはまらない特定の誤解を持っているものです。これらの誤解に固執することは、設計にとって障害となり、不良基板や現場での故障、さらには全体的な生産コストの増加につながる可能性があります。時々、教えられた経験則や標準設計ガイドラインを見直し、現在の設計環境でそれらが意味をなすかどうかを確認することが不可欠です。 プリント基板設計の7つの誤解 1. 剛性回路とフレキシブル回路は同じ設計ルールを持っています。材料は異なりますが、機能性は同じなので、設計図に大きな違いはないはずですよね？ 考えているよりも多くの違いがあります。一つには、フレキシブル回路は折り曲げられた時の位置的なストレスを最小限に抑えるように設計する必要があります。基材の寸法安定性にも違いがあります。剛性回路の設計をどれだけよく知っていても、フレキシブル回路を始めたばかりの場合、追いつく必要があります。 Via in Padが回路基板を損傷する。特定の状況では、これが真実になることがあります—適切に使用されない場合です。Via in padをキャップしない、または（反対側から）マスクしない場合、めっき化学薬品が閉じ込められる可能性があります。しかし、それでも、多くの設計者が言うように、完全にvia padを避ける理由にはなりません。実際、via in-padは多くの重要な用途を持っています。それらは、バイパスキャップを近くに配置するのに適しています。また、熱管理やグラウンディングに役立ち、任意のピッチBGAのルーティングを容易にします。Via in the padを恐れる必要はありません。適切な ガイダンスがあれば、特定の状況で素晴らしいツールになることができます。 3. PCBの酸トラップは90度の角度です。これはかつて真実でした。PCBが酸でエッチングされていた時、90度の角度は角に酸を溜め込み、問題を引き起こしていました。そのため、PCBはほぼ45度の角度で設計されていました。しかし、現在ではエッチングに酸ではなくアルカリが使用されるため、PCBの酸トラップはもはや問題ではありません。90度の角度を自由に使用してください、それらはもはやPCBの酸トラップではありません！ 5 記事を読む
ティアドロップスは、PCBの品質と収率を向上させます ティアドロップスは、PCBの品質と歩留まりを向上させます 1 min Whitepapers ティアドロップを使用して製造中のPCBの品質と収率を向上させる方法を学びましょう。 もし一枚でもプリント基板の設計経験があれば、製造または製造プロセス中に予期せぬ問題が発見されることに遭遇しているかもしれません。製造上の問題は、穴の位置ずれや望ましくないドリルの突き抜けによって引き起こされることがあります。それらがボードのリジェクトに直接つながらなくても、時間とともにトラックの分離に問題を引き起こす可能性があります。ティアドロップは、ビアやパッドを扱う方法であり、PCB設計ソフトウェアが概説され、製造されたときに品質と収率を向上させる結果をもたらすことがあります。この論文では、ティアドロップを使用してPCBの品質を向上させる方法が、あなた自身の設計にどのように役立つかを示します。 PCB製造 プリント基板PCBの設計が製造される方法は、異なる工場や製造業者によって異なる場合があります。しかし、写真フィルムの準備、基板の準備、積層、エッチング、穴あけ、はんだマスクの適用、表面仕上げなど、PCB製造プロセスのいくつかの基本的なキーステップがあります。 レイヤーは通常、レーザープリンターを使用して印刷され、各レイヤーは極めて高い精度で合わせる必要があります。その後、レイアウトを切り取り、銅張り基板に熱を加えて配置し、固定します。 PCBレイアウトから使用されない銅を除去するためにエッチングが行われ、その後、基板に穴が開けられます。 穴あけにはいくつかの異なる技術が使用され、このプロセスでは正確なドリル位置を確保するために精度が求められます。プロセスの最終段階のいくつかは、はんだマスクの追加とその後の表面仕上げです。これらのステップは、製造業者によって異なりますが、正確な登録が必要であり、慎重に実行されてもエラーの余地が残ります。 アライメントと登録 PCB設計のドリリング問題の原因となるのは、指定された位置からのわずかな穴のずれ、またはドリル登録がわずかにオフであることです。さらに、積層中にレイヤーが非常にわずかにシフトすることがあり、これにより見えないパッドの位置ずれが発生します。 掘削に関連する潜在的な問題に加えて、機械的ストレスがPCB設計に影響を与えることがあります。特に、設計がリジッドフレックス基板である場合には顕著です。時間が経つにつれて、フレキシブル設計の銅接続の完全性が損なわれる可能性があります。リジッドフレックス設計で予想される追加の機械的および熱的ストレスは、対処されない場合、さらなる製品の反復につながる可能性があります。フレキシブル回路への銅接続が遭遇する屈曲および熱的ストレスが設計プロセス内で考慮されることが重要です。これらの懸念が対処されない場合、またはプリント基板がこれらの懸念を念頭に置いて設計されていない場合、それらは生産収率に悪影響を与える可能性があります。 ティアドロップはPCBの品質と収率を向上させる トラックとパッド、トラックとビア、トラックとトラックの接続を強化することで、ドリル登録の信頼性が向上し、掘削穴の周りにより多くの銅サポートを提供します。次の設計にティアドロップを含めることは、製造可能性のための設計において重要なステップです。 図1: Altium Designerのティアドロップダイアログは、作成を簡単かつ迅速にします ティアドロップは、Altium® Designerで簡単に作成して使用することができます。ティアドロップは、どの設計においてもグローバルに制御することができます。ビア、スルーホールパッド、サーフェスマウントパッド、トラック、Tジャンクションに追加することができます。通常、ティアドロップは完成した設計の最後に追加されます。 Altium Designerでは、ティアドロップのパラメータを指定するだけです。銅の特徴の追加や削除は、ダイアログボックスによって迅速に制御することができます（図1を参照）。この機能のグローバルな性質と制御は、PCBを製造に向けて微調整する際に非常に役立ちます。 以下の2つの画像は、ビア、スルーホールパッド、サーフェスマウントパッド、トラック、Tジャンクションにティアドロップが適用された前後の結果を示しています。 記事を読む