1. まず動きを決める
他のすべては1つの問いから従います。曲げは1回なのか、繰り返しか。
- 静的（1回成形）：組み立て中に形状を決めて固定します。設計は設置時の変形に耐えればよく、使用中の動きはありません。
- 動的：ヒンジ、スライド機構、可動ヘッドなど、使用中に動きます。銅は数百万回のサイクルを受けます。
同じ回路でも静的と動的では別製品です。銅が違い、半径が違い、ときに構成も変わります。この判断が遅れるのが、フレックス設計でもっとも高くつく失敗です。
2. 構成を選ぶ
- 片面フレックス：銅1層で最も単純かつ安価。静的な曲げに向きます。
- 両面フレックス：銅2層で導体の交差とインピーダンス制御が可能。ただしめっきスルーホールが必要で、曲げ領域から外さなければなりません。
- 多層フレックス：当社では12層まで。高密度でも動かす必要がある回路向けです。
- リジッドフレックス：基板の両面に部品を載せる場合。目安として、片面 SMT ならオールフレックス、両面 SMT ならリジッドフレックスにして部品をリジッド部に載せます。
3. 銅：種類、厚み、方向
銅はフレックスが最初に壊れる場所です。
- 圧延銅（RA）は延性があり、繰り返し曲がる用途に向きます。電解銅（ED）はめっきで硬く脆く、静的な曲げなら許容され安価です。
- 厚み：当社工場の範囲は 0.5〜2 oz です。動的な曲げでは薄いほうが良く、同じ半径なら 1 oz は 2 oz よりはるかにひずみが小さくなります。
- 圧延方向：図面に明記し、曲げ線に沿う向きに配置します。横切らせてはいけません。
- 曲げ領域のベタ銅は、可能ならクロスハッチにして、フィルムが抵抗せずに曲がれるようにします。
4. 曲げ領域のルール
- 曲げの中にめっきスルーホール、補強板、カバーレイの窓を置きません。
- 導体は曲げに直角に渡し、沿わせません。
- パッドの遷移にはティアドロップと緩やかなテーパを使い、鋭い角や鋭角の接続を作りません。
- 銅は中立軸の周りでバランスさせます。向かい合う層は、毎サイクルどちらかが引張りを受けます。
- 曲げ半径は折り角度とサイクル数とともに DFM で合意します。
5. ソルダーマスクではなくカバーレイ
フレックスは印刷マスクではなく積層フィルムで覆います。帰結は2つです。
- マスク層と同じように、独立した層として設計します。開口は接着剤の流出と切断公差を見込んで決めます。
- 開口は余裕を持たせます。窓が厳しすぎるとパッドに接着剤が残り、間隔が近すぎると隣の配線が露出して実装中にブリッジします。
6. 動いてはいけない場所の補強板
コネクタの尾、部品エリア、締結される部分には補強板が必要です。実務のルールは次のとおりです。
- 支える部品とは反対側に置きます。ただしスルーホールコネクタが反対側からのアクセスを必要とする場合は除きます。
- 用途で材料を選びます。コネクタ尾や ZIF 接点は PI、コスト重視の領域は PET、本当に剛性が必要な部分は FR-4、薄くて硬いことが必要な箇所はステンレス鋼です。
- 厚みは積み上げで指定します。補強板＋接着剤＋フレックスで、嵌合するコネクタが見る値だからです。
7. 製造図面も設計の一部
母材と厚み、銅の種類と厚み、カバーレイの厚みと開口、補強板の材料・厚み・面、曲げ線と半径、圧延方向、インピーダンス目標、合格クラスを明記します。
フレックスはリジッド基板より動く変数が多く、どこかを仮定しなければならない製造側は、少なくとも1回は仮定を誤ります。
8. コストと納期は工程に従う
フレックスはリジッドより製造が遅いです。薄いフィルムの取り扱い、異なるドリルとめっきの化学、カバーレイと補強板の手作業があります。2層のフレックスは通常数営業日、層数が多い場合やリジッドフレックス部がある場合はさらに長くなります。スタックアップを標準のレシピではなく案件ごとに計画するからです。
フレックスの1平方メートルあたりのコストが FR-4 より高いのも同じ理由です。材料、取り扱い、歩留りがそろって同じ方向を指します。
9. 曲げを試験する。データシートではなく
曲げ半径の表は出発点です。本当の数字は、実際の構成を実際の半径で実際のサイクル数だけ曲げて得られます。だから試作は量産と同じ材料で作るべきです。
解析で適格性を示せないなら、試験で示します。曲げ治具とサイクル数は、市場からの返品より安く済みます。
構成の限界はフレキシブル基板と製造対応能力に、リジッドフレックス固有のルールはリジッドフレックスの設計ルールに、不具合はフレックスの不具合にまとめてあります。
