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リジッドフレックスボード:愛と憎しみを生む忘れられない5つのこと

2023-05-29記者: SprintPCB

電子製品の急速な発展と継続的な進化に伴い、イノベーションと柔軟性は設計者にとって重要なキーワードとなっています。高まる需要に応えるため、従来のリジッドPCBでは、様々な複雑な電子機器の設計要件を完全に満たすことが難しくなっています。こうした状況において、リジッドフレックス基板は、その独自の特性と利点により、新時代の革新的な設計における重要なコンポーネントとして浮上しています。

リジッドフレックス基板とは

リジッドフレックスボード(FPCB)

リジッドフレックス基板は、電子機器においてますます普及している革新的な技術です。FPCとPCBの出現と発展は、フレキシブル基板とリジッド基板を組み合わせたこの新製品の誕生につながりました。ラミネーションなどのプロセスを経て、フレキシブル基板とリジッド基板は関連する技術要件に従って組み合わせられ、リジッド基板とフレキシブル基板の特性が組み合わされています。この組み合わせは、強力な機械的安定性と信頼性、そして柔軟性と適応性の両方を提供します。リジッドフレックス基板の出現は、従来のリジッド基板の設計と応用を変え、エレクトロニクス業界に多くの新たな機会と課題をもたらしました。従来のリジッド基板と比較して、FPCBは形状、重量、およびスペース利用の点で大きな利点があります。これにより、設計者に大きな自由度が与えられ、より革新的で精密な製品設計を実現できます。

リジッドフレックスボードの一般的な種類

タイプ 1: フレキシブル リジッド ボード。フレキシブル PCB とリジッド PCB が、メッキ スルー ホール (PTH) 接続なしで接合されており、層数は 1 層以上です。

フレキシブルリジッドボード

タイプ2:多層フレキシブルリジッド基板。このタイプは、メッキスルーホール(PTH)を備え、2層以上の導体層で構成されています。

多層フレックスPCB

コインには表と裏があり、リジッドフレックス基板も例外ではありません。まずは、リジッドフレックス基板のメリットについて見ていきましょう。

リジッドフレックスボードの利点

柔軟性 - FPCB は独自の設計と製造プロセスにより、優れた柔軟性と適応性を発揮します。これらのボードは、さまざまな製品設計要件を満たすために、希望の形状に曲げたり、折り畳んだり、曲げたりすることができます。たとえば、スマートフォンやウェアラブルデバイスを設計する場合、FPCB は複雑な形状に合わせて自由に曲げたり成形したりできます。この柔軟性により、設計者はより複雑でエレガントな製品を作成するための自由度が高まります。リジッドフレックスボードの柔軟性は、ウェアラブルデバイス設計に最適です。たとえば、スマートウォッチ、ヘルスモニター、スマートグラスなどのデバイスは、手首、体、顔のさまざまなサイズと形状に適応する必要があります。リジッドフレックスボードの柔軟性と曲げやすさにより、これらのデバイスはユーザーの体の輪郭にぴったりとフィットし、快適な装着感を提供します。

ウェアラブルテクノロジー

リジッドフレックス基板は、曲面ディスプレイの設計において重要な役割を果たします。スマートフォン、テレビ、車載ディスプレイなどの最新デバイスは、より優れた視覚体験を提供するために、曲面デザインを採用するケースが増えています。基板の柔軟性により、ディスプレイ画面はリジッドコネクタを必要とせずに曲面に沿って曲げることができ、シームレスな曲面デザインを実現します。リジッドフレックス基板の優れた適応性は、折りたたみ式デバイスに不可欠なコンポーネントとなっています。例えば、折りたたみ式スマートフォンや折りたたみ式タブレットなどの製品では、開閉時に回路の接続性を維持する必要があります。基板の設計により、回路基板はスムーズに曲げたり折り畳んだりできるため、信頼性の高い回路接続を維持しながら、デバイスの様々な形状間でシームレスな移行が可能になります。リジッドフレックス基板の柔軟性と適応性は、車載電子システムの設計に革新的なソリューションを提供します。自動車に搭載される電子機器は、狭いスペースや複雑な形状に適応するだけでなく、車両の振動や温度変化などの環境要因にも耐える必要があります。リジッドフレックス基板の柔軟性により、回路基板を様々な形状の車両部品内にコンパクトに搭載しながら、信頼性の高い電気接続を実現できます。

自動車用電子システム

ウェアラブルデバイスから曲面ディスプレイ、折りたたみ式デバイス、車載電子システムに至るまで、リジッドフレックス基板の柔軟性と適応性により、電子製品はさまざまな形状、サイズ、環境条件に対応し、ユーザーエクスペリエンスと機能性を向上させます。さらに、リジッドフレックス基板は高い信頼性も提供します。従来のリジッド基板と比較して、リジッドフレックス基板はコネクタやプラグイン接続が不要なため、潜在的な故障箇所が低減します。この設計により、回路間接続の問題や電気ノイズのリスクも軽減され、より安定性と信頼性の高い電子機器を実現します。航空宇宙分野では、リジッドフレックス基板は航空機や衛星などの機器に広く使用されています。これらの機器は、高温、低温、振動、衝撃など、過酷な動作条件にさらされます。リジッドフレックス基板の耐高温性により、高温環境下でも回路接続の信頼性を維持しながら安定動作が可能です。同時に、耐振動性と耐衝撃性も備えているため、飛行中の激しい振動や衝撃にも耐え、電子機器の正常な動作を保証します。ペースメーカー、埋め込み型センサー、ウェアラブル医療機器などの医療機器では、リジッドフレックス基板の信頼性が極めて重要です。これらの機器は、長期間にわたって安定して動作する必要があるだけでなく、耐久性と耐腐食性も求められます。リジッドフレックス基板は、特殊な設計と材料選定により、体内環境の変化に適応し、体液や化学物質の影響にも耐えることができます。これにより、医療機器の長期的な信頼性と安定性が確保されます。産業用制御システムは、高湿度、腐食性ガス、振動など、過酷な動作環境にさらされることがよくあります。リジッドフレックス基板は、これらのシステムの信頼性と耐久性の要件を満たすため、広く使用されています。リジッドフレックス基板は、特殊な材料と保護対策により、高湿度環境における水分の侵入を防ぎ、耐腐食性と耐酸化性も備えています。さらに、リジッドフレックス基板の耐振動性は、振動環境下でもシステムの正常な動作を保証し、回路の中断や誤動作を防ぎます。リジッドフレックス基板が広く普及しているもう1つの理由は、その省スペース性です。リジッドフレックス基板は、その柔軟性と薄型設計により、小型電子機器における省スペース化を実現します。これは、スマートフォン、タブレット、ウェアラブルデバイスといった現代の民生用電子機器にとって極めて重要です。リジッドフレックス基板を使用することで、複雑な回路接続要件を満たしながら、デバイスの薄型化と軽量化を実現できます。現代のスマートフォンでは、スペースが非常に重要です。リジッドフレックス基板を使用することで、よりコンパクトで軽量なスマートフォン設計が可能になります。これらの基板は、携帯電話の形状に合わせて曲げたり折り畳んだりできるため、さまざまな狭いスペースに適応し、他の電子部品と密接に統合されます。リジッドフレックス基板は、ディスプレイ画面、カメラ、バッテリー、タッチパッドなど、携帯電話内のさまざまなモジュールを接続できるため、デバイス構造がよりコンパクトになり、安定した電気回路接続が実現します。リジッドフレックス基板は、ウェアラブルデバイスの分野でも広く使用されています。従来のリジッド基板は、人体の湾曲や動きに適応する必要があるため、ウェアラブルデバイスの要件を満たすことができませんでした。リジッドフレックス基板は、手首、腕、その他の体の部分の形状に合わせて曲げたり、折り畳んだり、丸めたりできます。これにより、ウェアラブルデバイスの快適性が向上し、体の占有スペースが削減されます。自動車エレクトロニクスの分野では、空間効率が重要な要素の1つです。リジッドフレックス基板を使用することで、自動車用電子モジュールをよりコンパクトにすることができ、他の機能や設計のためのスペースを確保できます。例えば、自動車のダッシュボードでは、リジッドフレックス基板を用いることで、様々な計器やディスプレイをコンパクトに接続し、配線スペースを削減できます。さらに、リジッドフレックス基板は車内の曲面にも柔軟に対応できるため、スペースを有効活用できます。医療機器では、限られたスペースに複数の電子部品やセンサーを収容する必要があることがよくあります。リジッドフレックス基板を用いることで、医療機器をよりコンパクトに設計し、省スペース化を実現できます。例えば、インプラント型医療機器では、リジッドフレックス基板は機器の形状に合わせて柔軟に変形し、他の部品との信頼性の高い接続を確立します。その結果、医療機器は患者の体内環境に適応し、正確な医療モニタリングと治療を提供できるようになります。リジッドフレックス基板は、優れた信頼性と耐久性で高く評価されています。これらの基板は特殊な処理が施されており、耐振動性、耐衝撃性、耐高温性などの特性を備えています。そのため、航空宇宙、医療機器、産業用制御システムなど、高い信頼性と安定性が求められる用途に最適です。リジッドフレックス基板は、高湿度、極端な温度、化学腐食といった過酷な環境条件においても、性能低下や故障を引き起こすことなく動作可能です。メリットを説明した上で、リジッドフレックス基板のデメリットを見ていきましょう。従来のリジッド基板は、人体の曲面や動きに適応する必要があるため、ウェアラブルデバイスの要件を満たすことができません。リジッドフレックス基板は、手首、腕、その他の体の部分の形状に合わせて曲げたり、折り畳んだり、丸めたりすることができます。これにより、ウェアラブルデバイスの快適性が向上し、体への占有スペースが削減されます。車載エレクトロニクス分野では、空間効率が重要な要素の一つです。リジッドフレックス基板の使用により、車載電子モジュールの小型化が可能になり、他の機能や設計のためのスペースを確保できます。例えば、車のダッシュボードでは、リジッドフレックス基板を使用することで、様々な計器やディスプレイをコンパクトに接続できるため、配線に必要なスペースを削減できます。さらに、リジッドフレックス基板は車内の曲面にも柔軟に対応できるため、スペースをより有効に活用できます。医療機器では、限られたスペースに複数の電子部品やセンサーを収容する必要があることがよくあります。リジッドフレックス基板の採用により、医療機器の小型化が実現し、省スペース化が実現します。例えば、インプラント型医療機器では、リジッドフレックス基板は機器の形状に合わせて曲げることができ、他のコンポーネントと信頼性の高い接続を確立できます。その結果、医療機器は患者の内部環境に適応しやすくなり、正確な医療モニタリングと治療を提供できます。リジッドフレックス基板は、優れた信頼性と耐久性で高く評価されています。これらの基板は特別な処理を受けており、耐振動性、耐衝撃性、耐高温性などの特性を備えています。そのため、リジッドフレックス基板は、航空宇宙、医療機器、産業用制御システムなど、高い信頼性と安定性が求められるアプリケーションに非常に適しています。リジッドフレックス基板は、高湿度、極端な温度、化学腐食などの過酷な環境条件下でも、性能が低下したり故障したりすることなく動作できます。メリットを説明した後、リジッドフレックス基板のデメリットを見てみましょう。従来のリジッド基板は、人体の曲面や動きに適応する必要があるため、ウェアラブルデバイスの要件を満たすことができません。リジッドフレックス基板は、手首、腕、その他の体の部分の形状に合わせて曲げたり、折り畳んだり、丸めたりすることができます。これにより、ウェアラブルデバイスの快適性が向上し、体への占有スペースが削減されます。車載エレクトロニクス分野では、空間効率が重要な要素の一つです。リジッドフレックス基板の使用により、車載電子モジュールの小型化が可能になり、他の機能や設計のためのスペースを確保できます。例えば、車のダッシュボードでは、リジッドフレックス基板を使用することで、様々な計器やディスプレイをコンパクトに接続できるため、配線に必要なスペースを削減できます。さらに、リジッドフレックス基板は車内の曲面にも柔軟に対応できるため、スペースをより有効に活用できます。医療機器では、限られたスペースに複数の電子部品やセンサーを収容する必要があることがよくあります。リジッドフレックス基板の採用により、医療機器の小型化が実現し、省スペース化が実現します。例えば、インプラント型医療機器では、リジッドフレックス基板は機器の形状に合わせて曲げることができ、他のコンポーネントと信頼性の高い接続を確立できます。その結果、医療機器は患者の内部環境に適応しやすくなり、正確な医療モニタリングと治療を提供できます。リジッドフレックス基板は、優れた信頼性と耐久性で高く評価されています。これらの基板は特別な処理を受けており、耐振動性、耐衝撃性、耐高温性などの特性を備えています。そのため、リジッドフレックス基板は、航空宇宙、医療機器、産業用制御システムなど、高い信頼性と安定性が求められるアプリケーションに非常に適しています。リジッドフレックス基板は、高湿度、極端な温度、化学腐食などの過酷な環境条件下でも、性能が低下したり故障したりすることなく動作できます。メリットを説明した後、リジッドフレックス基板のデメリットを見てみましょう。医療機器では、限られたスペースに複数の電子部品やセンサーを収容する必要があることがよくあります。リジッドフレックス基板の採用により、医療機器の小型化が実現し、省スペース化が実現します。例えば、インプラント型医療機器では、リジッドフレックス基板は機器の形状に合わせて柔軟に変形し、他の部品との信頼性の高い接続を確立します。その結果、医療機器は患者の体内環境に適応し、正確な医療モニタリングと治療を提供できるようになります。リジッドフレックス基板は、優れた信頼性と耐久性で高く評価されています。これらの基板は特殊な処理が施されており、耐振動性、耐衝撃性、耐高温性などの特性を備えています。そのため、リジッドフレックス基板は、航空宇宙、医療機器、産業用制御システムなど、高い信頼性と安定性が求められるアプリケーションに最適です。また、リジッドフレックス基板は、高湿度、極端な温度、化学腐食などの過酷な環境条件下でも、性能低下や故障を引き起こすことなく動作することができます。メリットを説明した後、リジッドフレックス基板のデメリットを見ていきましょう。医療機器では、限られたスペースに複数の電子部品やセンサーを収容する必要があることがよくあります。リジッドフレックス基板の採用により、医療機器の小型化が実現し、省スペース化が実現します。例えば、インプラント型医療機器では、リジッドフレックス基板は機器の形状に合わせて柔軟に変形し、他の部品との信頼性の高い接続を確立します。その結果、医療機器は患者の体内環境に適応し、正確な医療モニタリングと治療を提供できるようになります。リジッドフレックス基板は、優れた信頼性と耐久性で高く評価されています。これらの基板は特殊な処理が施されており、耐振動性、耐衝撃性、耐高温性などの特性を備えています。そのため、リジッドフレックス基板は、航空宇宙、医療機器、産業用制御システムなど、高い信頼性と安定性が求められるアプリケーションに最適です。また、リジッドフレックス基板は、高湿度、極端な温度、化学腐食などの過酷な環境条件下でも、性能低下や故障を引き起こすことなく動作することができます。メリットを説明した後、リジッドフレックス基板のデメリットを見ていきましょう。

The drawbacks of rigid-flex board

フレキシブルプリント基板(FPC)は多くの利点を持つ一方で、製造プロセスは複雑です。従来のリジッド基板と比較して、リジッドフレックス基板の製造には高度な技術要件と特殊な製造設備が必要であり、製造コストと時間のかかるプロセスとなる可能性があります。さらに、リジッドフレックス基板の製造には複数の工程と異なる材料の組み合わせが含まれるため、製造プロセスにおける品質管理の難易度が上昇する可能性があります。リジッドフレックス基板の製造プロセスについて簡単に理解し、メーカーを選ぶ際には、FPC製造設備とPCB製造設備の両方を備えたメーカーを選ぶべきです。まず、電子技術者が要件に従ってリジッドフレックス基板の回路図と外形図を描きます。次に、図面は製造メーカーに送られ、CAMエンジニアがファイルを処理し、処理を行います。次に、基板製造ラインで必要なリジッドフレックス基板を製造し、PCB製造ラインで必要なPCBを製造します。最後に、フレキシブル基板とリジッド基板が製造された後、図面に指定された要件に従って、ラミネート機を使用してそれらをシームレスに接合します。最後に、一連の詳細なプロセスを経て、最終製品であるフレキシブル基板とリジッド基板が製造されます。リジッドフレックス基板の製造プロセスでは、異なる種類の材料を選択し、取り扱う必要があります。例えば、フレキシブル部品では通常、基板としてポリイミド(PI)フィルムが使用され、リジッド部品ではFR4などのリジッド基板が使用される場合があります。これは、製造プロセスおよび最終アプリケーションにおいて、材料間の互換性と信頼性の高い動作を保証するために、異なる材料特性を理解し、選択することを必要とします。リジッドフレックス基板は通常、リジッド部品とフレキシブル部品の積層構造を含む、複数の材料層で構成されています。製造プロセスでは、異なる材料層間の接着と接続品質を確保するために、精密な積層および接着工程が求められます。これには、各層間の信頼性と一貫性を確保するために、精密な接着装置の使用と積層パラメータの制御が含まれる場合があります。基板の柔軟性は、曲げて所望の形状に成形できることから生まれます。製造プロセスでは、曲げ加工後も基板の電気性能と信頼性を維持するために、精密な曲げ加工と成形工程が求められます。過度のストレスや損傷を回避するため、特殊な装置や金型の使用、そして精密な制御パラメータの設定が必要となる場合があります。リジッドフレックス基板の製造工程では、配線や回路設計も複雑になります。フレキシブル部分は曲げたり折り曲げたりできるため、回路経路や配線ルールの制約を考慮する必要があります。設計者は、回路接続の信頼性と安定性を確保するために、最適な回路接続経路を決定し、最小曲げ半径の制限を遵守する必要があります。基板の製造工程では、厳格な品質管理と試験が求められます。複数の材料と層が組み合わさるため、品質管理の課題は増大します。製造業者は、材料処理、積層品質、曲げと成形の精度、回路接続の信頼性など、各製造工程の品質を確保する必要があります。これには、X線検査、赤外線検出、電気性能試験などの高精度な検出装置と技術の使用が必要になる場合があります。リジッドフレックス基板には、設計上のいくつかの制限があり、これが一部の人々に受け入れられない理由となる可能性があります。例えば、リジッドフレックス基板には、特に回路接続と信号伝送において、配線ルールに一定の制約があります。さらに、リジッドフレックス基板は最小曲げ半径に制限があることが多く、設計プロセスにおいて曲線の制約を考慮する必要があります。これらの制限は、特定のアプリケーションや革新的な設計において課題となる可能性があり、設計者は設計プロセスにおいて、長所と短所を慎重に比較検討する必要があります。リジッドフレックス基板は設計と製造が複雑なため、修理や交換が困難になる場合があります。基板に不具合が生じたり交換が必要になったりした場合は、専門の技術者による修理が必要になる場合があります。さらに、リジッドフレックス基板は独自の設計とカスタマイズが施されているため、修理に時間がかかり、コストも高くなる可能性があります。設計者は設計プロセスにおいて、長所と短所を慎重に検討する必要があります。リジッドフレックス基板の設計と製造は複雑なため、修理や交換がより困難になる可能性があります。基板が故障したり交換が必要になったりした場合は、専門の技術者による修理が必要になる場合があります。さらに、リジッドフレックス基板は独自の設計とカスタマイズが施されているため、修理に時間がかかり、コストも高くなる可能性があります。設計者は設計プロセスにおいて、長所と短所を慎重に検討する必要があります。リジッドフレックス基板の設計と製造は複雑なため、修理や交換がより困難になる可能性があります。基板が故障したり交換が必要になったりした場合は、専門の技術者による修理が必要になる場合があります。さらに、リジッドフレックス基板は独自の設計とカスタマイズが施されているため、修理に時間がかかり、コストも高くなる可能性があります。

リジッドフレックス基板の用途

リジッドフレックス基板の用途は幅広く、iPhoneなどのハイエンドスマートフォン、長距離信号伝送を必要とするハイエンドBluetoothヘッドフォン、スマートウェアラブルデバイス、ロボット、ドローン、曲面ディスプレイ、ハイエンド産業用制御機器、航空宇宙衛星など、多岐にわたります。スマートデバイスが高集積化、軽量設計、小型化に向けて進化を続け、インダストリー4.0によってもたらされたパーソナライズ生産の新たな要件を満たすリジッドフレックス基板は、リジッド基板の安定性と3次元組み立て能力の両方を提供し、非常に有望視されています。2019年、リジッドフレックス基板の世界市場規模は約16億6000万米ドルで、回路基板市場全体の約2.8%を占めるに過ぎませんでした。しかし、スマートフォン、ワイヤレスヘッドフォン、ドローン、自動車、AR / VRデバイスなどの製品はすべて、2019年に最高の成長率を経験しました。その後のアプリケーションの増加に伴い、リジッドフレックス基板は2020年も成長の可能性を秘めた最も有望な製品の1つであり続けます。リジッドフレックス基板の世界市場規模は2022年に23億米ドルに達し、世界の回路基板生産額の約3.3%を占めると推定されています。モバイルデバイスアプリケーションは、2019年に最大のソフトウェアおよびハードウェアボード市場であり、ソフトウェアおよびハードウェア統合ボード市場全体の約43%を占めました。スマートフォンのカメラレンズ、画面信号接続、バッテリーモジュールなどのアプリケーションは、ソフトウェアおよびハードウェア統合ボードの需要を大幅に増加させました。特に、スマートフォンのカメラレンズのアプリケーションは、さまざまなブランドのマルチカメラスマートフォンのトレンドにより、需要が大幅に増加しています。ソフトウェアとハ​​ードウェア統合ボードの数量と平均単価の両方のこの増加は、モバイルデバイスアプリケーション市場におけるシェアの拡大に貢献するでしょう。携帯電話レンズのソフトウェア・ハードウェア統合ボードの開発は、スマートフォンレンズの軽量・薄型・高密度化という要件を主な推進力としており、これら全てにおいてソフトウェア・ハードウェア統合ボードの活用が求められています。加えて、配置位置、向き、信号干渉、放熱性、仕様要件といった要素も考慮されています。さらに、光学ズームの要件から潜望鏡のような構造設計を採用するレンズもあり、スマートフォンレンズの厳しい空間的制約はさらに厳しくなっています。その結果、外観上の様々なフォームファクターが登場し、ソフトウェア・ハードウェア統合ボードへの要求はより厳しくなり、その適用範囲は拡大しています。

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