多層硬柔性PCB製造プロセス: ステップバイ ステップガイド & 業界洞察

多層硬・柔軟PCBは電子機器におけるハイブリッドイノベーションであり,硬PCBの構造的安定性と柔軟性の柔軟性を組み合わせています.この 独特 な 設計 に よっ て 装置 は 曲がり ます折りたたむスマートフォン,自動車センサー,医療インプラントなどの現代のアプリケーションにとって不可欠ですが,密集した多層回路をサポートします.伝統的な硬いPCBや柔軟性PCBよりもはるかに複雑です特殊な材料,精密なラミネーション,柔軟なセグメントの慎重な処理が必要です.

このガイドは,材料の選択から最終試験まで,多層硬柔性PCBの製造プロセスを解明します.詳細なステップ,他のPCBタイプと比較データ,信頼性を確保するための重要なベストプラクティスミニチュア化を設計するエンジニアであれ 生産を拡大するメーカーであれこのプロセスを理解することで,多層のリジッド・フレックス技術の潜在力を最大限に活用できます..

多層硬柔性 PCB は 何 です か
生産開始前には,多層硬柔性PCBとそのユニークな価値を定義することが不可欠です.

1構造: 交互の硬層 (通常FR-4) と柔軟な層 (例えばポリアミド) で構成され,プラテッドバイアスによって接続され,単一の統合回路を形成する.
2キーメリット:硬いPCB (固定形状) や柔軟性のみのPCB (限られた層数) と異なり,多層硬い柔軟性設計は,特定の領域 (例えば,折りたたむ電話のヒンジ).
3共通用途: 折りたたむ電子機器,自動車用ADASモジュール,着用医療機器,航空宇宙センサー 空間,重量,耐久性が交渉できないアプリケーション.

製造過程では 2つの矛盾したニーズを均衡させなければなりません 多層回路に必要な精度と 製造中に柔軟な層を損傷しないための柔軟性です

ステップ1: 材料の選択 信頼性の高い硬・柔軟PCBの基礎
材料の選択は,各部品がラミネーション熱,屈曲サイクル,および最終使用環境に耐える必要があるため,多層硬柔軟PCBの決定です.以下は,重要な材料とその仕様について説明しています.:

重要 な 物質 的 な 考慮
1柔軟性・硬性: 粘着剤は,ラミナレーション中に曲線を避けるために,柔軟性・硬性両方の基板のCTE (熱膨張係数) に一致しなければならない.ポリミドフレックスコアをエポキシ粘着剤 (CTE ~20ppm/°C) と組み合わせることでストレスを最小限に抑える.
2柔軟性層耐久性: 柔軟性痕跡のためにローリング・アニールされた銅 (RA) を使用します. 柔らかいさは10,000回以上の屈曲サイクルに耐えることができ,電極積立銅 (ED) では1,000~2,000回.
3高耐久性アプリケーション:自動車や航空宇宙で使用するには,200°C以上で柔軟性を維持し,化学物質に耐えるLCP (液晶ポリマー) の柔軟性のある基板を選択します.

ステップ2 ステップ別 多層硬柔性生産プロセス
製造プロセスは,硬いPCB製造 (ラミネーション,掘削) と柔軟なPCB技術 (繊細な基板を処理し,折りたたみを避ける) を統合しています. 以下は詳細な順序的な分解です:

第1段階: 生産前と材料の準備
配列のパターニングの前に,材料は均質性と粘着性を確保するために準備されます.

1フレックスコア準備:
a.柔軟な基板 (例えば,50μmポリイミド) は,粘着不全の原因となる油や塵の汚染物質を除去するために,イソプロピルアルコールで清掃する.
銅ホイール (12μ35μm RA銅) は,熱 (180°C) と圧力 (300psi) を使ってフレックスコアの両側にラミネートされ,フレックスコパークラッティングラミネート (CCL) を形成する.
2硬核の準備:
a.硬い基板 (例えば,1.6mm FR-4) はパネルサイズ (通常は18×24×) に切断され,鋭い縁を除去するために剥削される.
b.銅製のホイール (35μ70μm ED銅) は熱ラミネーションによって硬いコアに結合し,硬い回路層の基盤を形成する.

段階2:回路のパターン (柔軟性と硬性層)
パターニングは,フォトリトグラフィーとエッチングを使用して,柔らかい層と硬い層の両方に伝導性痕跡を作成します:

1. 光耐性 適用:
a.光感受性抵抗 (液体または乾燥フィルム) が銅で覆われた柔らかい層と硬い層に施されます.柔らかい層では,操作中に裂けることを避けるため柔らかい抵抗を使用します.
2暴露と開発:
a.レジスタは,光面膜 (回路パターン付き) を通してUV光にさらされる.露出していないレジスタは,開発溶液で洗い去られ,刻印される銅の痕跡が露出する.
3彫刻:
a.柔らかい層:不必要な銅を除去するために軽いエッチン剤 (アモニウムパーсульфат) に浸透すると,ポリアミド基板を損傷しないように,硬い層と比較して,エッチング時間が20%短縮されます.
b.硬層:FR-4の標準で,鉄塩化物または銅塩化物で刻まれています.
4脱衣に抵抗する
a.残った光抵抗は溶媒 (例えばナトリウムヒドロキシード) で除去され,柔らかい層と硬い層の両方の最終回路パターンが明らかになります.

ステージ3:ラミネーション 柔らかい層と硬い層を結合する
ラミネーションは,柔軟なセグメントを折りたたみたり,回路を損傷することなく,層を結合しなければならないため,ハード・フレックス生産における最も重要なステップです.

1. 接着剤切断:
a.粘着シート (例えばエポキシ基) は,パネルのサイズに合わせてレーザーカットされ,バイアスと柔軟性領域の開口 (柔軟なセグメントを硬い層に結合させないために) があります.
2レイヤースタックアップ:
a.レイヤーは,信託マーク (1mmの銅の円) を使って,経路および追跡登録 (許容度 ±0.02mm) を確保するために並べられる.スタックアップは通常次のとおりである:硬層 → 粘着剤 → 柔軟性層 → 粘着剤 → 硬層.
3制御されたラミネーション:
a.スタックは真空ラミネーターで160~180°Cと400~500psiで30~60分間圧縮されます.真空は空気泡を除去し,徐々に圧力は柔らかい層の折りたたみを防止します.
b. 高層設計 (10層以上) の場合,順次ラミネーションが用いられる.各層を一つずつ加え,並び合わせを維持するために中間硬化を行う.

第4段階:掘削 層接続のための経路を作成する
レイヤを連結する穴 (vias) は,ラミネートした後,柔軟性や硬さに対応した技術で掘り出されます.

1掘削計画:
a.ゲルバーファイルは位置を指定します:透孔 (すべての層を接続),盲孔 (外層と内層を接続),埋葬孔 (内層のみを接続).フレックスエリアは小さい孔 (0.1 〜 0.0) を使用します.2mm) は,割れを防ぐため.
2掘削方法:
a.機械掘削:硬層 (直径 ≥0.2mm) に使用され,カービッド掘削機 (30,000 RPM) を用いてクリーンな穴を確保する.
b.レーザードリリング:UVレーザーでフレックス層とマイクロビア (≤0.15mm) に使用される.ポリミド基板の熱損傷を最小限に抑える.
3脱毛と脱汚:
a.柔軟な層:プラズマエッチングは繊細な基質を磨くことなく,壁を通過する樹脂の汚れを除去します (ショートサーキットを避けます).
b.硬層: 化学的な汚れ除去 (カリウムパーマンガナートを使用) は,塗装のために壁を通って清掃する.

第5段階:塗装 電気接続の確保
壁を銅で覆い,層をつなげ,溶接性を高める表面仕上げを加えます.

1電気のない銅塗装:
a. 壁や回路の痕跡を介して薄い銅層 (0.5μm) が化学反応 (電気なし) により堆積され,電圧塗装のための基盤を形成する.
2電気塗装:
a.パネルは銅硫酸水浴に浸透し,電流 (24 A/dm2) で,接続による低抵抗のために重要な銅厚さを1525μmに構築する.フレックスエリアは,より低い電流密度を使用する (1銅のクラッキングを防ぐために.
3表面塗装 適用:
a.ENIG (電解のないニッケル浸水金): 柔らかい領域に好ましい. 金の柔らかさは屈曲に耐える.ニッケルでは銅の拡散が防止される.
b.HASL (Hot Air Solder Leveling):硬い領域に使用される (費用対効果が高く,溶接性が良好).
c.OSP (Organic Solderability Preservative): 大量消費電子機器 (低コスト,平らな表面) に適しています.

第6段階:溶接マスクとシルクスクリーン
溶接マスクは痕跡を保護し,シルクスクリーンには部品ラベルが加わります. 両方とも柔らかい領域に対応する必要があります.

1. ソルダーマスクの適用:
a.液体写真可 (LPI) ポリミド溶接マスクは,パネルにスクリーンプリントされます.柔らかい領域は,屈曲中に裂けることを避けるため,より柔軟なマスク製剤 (長さ ≥100%) を使用します.
b.UV露出と発現は,パッドとバイアスの開口を定義します.マスクは150°Cで60分固化されます.
2シルクスクリーン印刷:
a.ポリウレタンベースのインクは,硬い面に印刷されます (柔らかい面は,曲げるときにインクが割れるので,シルクスクリーンを避けます).テキストサイズは,読みやすいために0.8mm x 0.4mmで,パッドから0.1mmのクリアランスがあります.

第7段階:ルーティングと単離 単一のPCBの分離
ルーティングはパネルを個々の硬・柔軟PCBに切断し,柔軟なセグメントに特別な注意を払います.

1パネルの固定装置:
a. パネルは,ルートの際に柔軟な領域を安定させ,裂けることを防止するために,硬いフレームに設置されている.
2.CNCルーティング:
a.0.8mmの端ミールを持つCNCルーターがPCB周りを切る.柔軟な領域は,磨きを避けるために,より遅いフィード速度 (50mm/minに対して硬い領域では100mm/min) でルーティングされます.
3独身:
a.大容量生産では,柔らかい領域にレーザールーティングを使用します.機械的なストレスをせずにクリーンな縁を作成します.Vスコアリングは避けられます (柔らかい硬い境界を弱めます).

第8段階:試験と品質管理
硬柔性PCBは,電気的および機械的信頼性を確保するために厳格な試験を受けます.

多層硬・柔らかいPCBと他のPCBタイプ:比較分析
固い柔性器具が特定の用途に選ばれている理由を理解するために,その生産と性能を代替品と比較してください.

重要な生産課題と解決策
多層硬柔性生産は,特殊技術で解決される独特の障害に直面しています.

1. フレックス層は,ラミネーション中に折りたたむ
障害:不均等な圧力は,折りたたみの部分を折りたたみ,痕跡を傷つけます.
b. 解決策: 圧力を均等に分配するために,プログラム可能な圧力ランプ (100 psi から 500 psi に段階的に増加) とシリコンパッドを備えた真空ラミネーターを使用する.
2柔らかい領域における塗装の均一性によって
a.課題: 柔らかい層の小さなバイアス (≤0.15mm) は薄い塗装に苦しんでいます.
b.溶液:電解のない銅浴の温度を45°C (固体用では40°C) に高め,溶液を小さなビアスに流すのを改善するために表面活性剤を加える.
3柔らかい硬い境界での脱層
a.チャレンジ:CTEの不適合により,柔らかい層と硬い層間の粘着障害.
b.溶液:アクリルエポキシハイブリッド粘着剤 (CTE ~18ppm/°C) を使用し,最終ラミネーションの前に120°Cで前固化フレックス層を使用する.
4折りたたみ中に痕跡が割れる
a.挑戦: 折りたたみの領域の銅の痕跡は,繰り返し折りたたむ後に裂けます.
b. 解決策: ストレスを分配するためにRA銅 (柔らかい) を使用し, 45° (90°ではなく) の設計痕跡角を使用し,柔軟なセグメントに"ストレスの緩和"ループを追加します.

多層硬柔性PCBの利点 (生産プロセスによって駆動される)
専門的な製造プロセスは,従来のPCBに比べてユニークな利点をもたらします.

a.スペース節約:複数の硬いPCBを1つの設計に統合し,コネクタの数を50~70%削減する (例えば,折りたたむ電話のヒンジは1つの硬い柔軟PCBと3つの独立した硬いPCBを使用します).
b.重量削減:同等の硬いPCBよりも30~40%軽く,航空宇宙およびウェアラブルデバイスにとって重要です.
c.信頼性の向上:IPCデータによると,接続数が少ないのは故障点が少なくなる.フィールドの故障率は,有線接続を持つ硬いPCBよりも60%低い.
d.デザインの自由: 3Dパッケージング (例えば,モーターの周りを包む) と,硬いPCBでは不可能である折りたたみの形状を可能にします.

多層硬柔性PCBの産業用用途
生産プロセスは,主要部門のニーズに応えるように調整されています.
1消費者電子機器
a.折りたたむ電話 (例えば,Samsung Galaxy Z Fold):ヒンジの多層硬柔性PCBは20層以上の回路をサポートし,200,000回以上の曲線サイクルを可能にします.
b.ウェアラブル (例えばApple Watch): 細 (0.5mm) の硬式柔軟デザインは,手首に適合し,6~8層のセンサーとプロセッサを搭載する.

2自動車
a.ADASセンサ: 頑丈で柔軟なPCBは,車両のフレーム周りに曲がり,カメラ,レーダー,LiDARを接続し, -40°Cから125°Cの温度にもかかわらず.
(b.EV バッテリー管理システム (BMS): 柔軟なセグメントがバッテリーセル間の電力を路由し,硬いPCBと比較して体重を35%削減する.

3医療機器
a.インプラント可能なペースメーカー: 生物互換性のあるポリミドフレクス層と4~6層の回路が1cm3の容量に収められ,体液に耐える.
b.ポータブルな超音波探査機:高解像度の画像撮影のために信号の整合性を保ちながら,固い柔軟性PCBは探査機形にマッチするように曲がります.

4航空宇宙・防衛
a.衛星アンテナ: 軽量な硬柔性PCB (30g/ボード) は,打ち上げ機に折りたたみられ,放射線や極寒に耐えて宇宙に配備されます.
b.軍用ヘッドセット: 柔軟な部分がユーザの耳に適合し,硬い層はMIL-STD-883振動基準を満たす通信チップを搭載する.

よくある質問
Q: 多層硬柔性PCBの最大層数は?
A: ほとんどのメーカーが4~12層のデザインを製造していますが,先進的なプロセス (連続ラミネーション) は航空宇宙および医療用途のために20層以上を達成することができます.

Q:多層硬柔性PCBの製造にはどれくらい時間がかかりますか?
A:プロトタイプには2〜3週間 (特殊なラミネーションとテストのため) が要する.大量生産 (10千台以上) は4〜6週間.

Q: 硬柔性PCBは柔らかい領域に表面マウントコンポーネント (SMD) を使用できますか?
A: はい,しかし部品は,折りたたみ時に裂け目が発生しないように"柔軟性に配慮した" (例えば,チップ抵抗 ≤0603,大きなICがない) 必要があります.折りたたみの領域で溶接パスタの体積は 30%減少し,関節のストレスを防ぐ.

Q:多層硬柔性PCBの最小曲線半径は?
A: 柔軟層の厚さの5×10倍 (例えば,50μmのポリアミド層は,最小折りたたみ半径が250×500μmである). 狭い半径は痕跡裂けを危険にさらします.

Q: 多層硬柔性PCBは RoHS に準拠していますか?
A: はい,鉛のない溶接剤,ハロゲンのない粘着剤,RoHS準拠のポリマイドなどの材料が使用されます.製造者は準拠を検証するためにDOC (一致性宣言) 文書を提供します.

結論
多層硬・柔軟PCBの製造プロセスは 技術的な奇跡で 多層硬 PCBの製造の精度と柔軟な回路の操作の繊細さをバランスします材料の選択から (Flexのためのポリマイド)制御されたラミネーションとレーザールーティングまで,各ステップはコンパクトで耐久性があり汎用性のあるボードを作成するために最適化されています.

生産コストは従来のPCBよりも高いが,利益は空間節約,重量削減,折りたたみのPCBの革新に不可欠な多層硬柔性PCBです自動車,医療,航空宇宙産業厳格な品質管理を遵守することで,これらの利点を解除することができます..

装置が小さくなり,機能が向上するにつれて,コストを削減し性能を向上させる製造技術の進歩によって,多層硬柔性PCBの役割は増加する.