リジッド・フレキ・リジッドフレキ基板の違いと選び方

リジッド・フレキ・リジッドフレキ基板は何が違う？#

リジッド基板とフレキシブル基板の基本的な違いは、基材です。リジッド基板には曲げを前提としない硬い基材を使い、フレキ基板には柔軟な材料を使って、設計条件に応じた曲げやねじりに対応します。

どちらも電流を流して部品を接続しますが、リジッド基板は剛性を、フレキ基板は柔軟な配線構造を提供します。両者を一体化したリジッドフレキ基板は、それぞれの特徴を活かし、用途と実装構造の選択肢を広げます。

リジッド基板とフレキ基板の主な違い#

部品を電気的に接続する役割は同じでも、製造方法や構造上の特性には次の違いがあります。

1. 基材：リジッド基板は、一般にガラス繊維などで強度を持たせた絶縁基材上に導体を形成します。フレキ基板ではポリイミドなどの柔軟な基材を使います。
2. 柔軟性：リジッド基板は硬い基材で形状を維持します。フレキ基板は、許容曲げ条件の範囲で曲げたり折り込んだりして配置できます。
3. 導体：リジッド基板では電解銅箔が一般的です。フレキでは、曲げ要求に合わせて柔軟な圧延焼鈍銅箔を選ぶことがあります。
4. 製造工程：リジッド基板は通常ソルダーレジストで配線を保護します。フレキではカバーレイなどを用いて、露出する回路を保護します。
5. 費用：フレキはリジッドより高価になりやすい一方、小さな空間に収められ、組立構成を簡素化できる場合があります。材料費だけでなく、製品全体の費用で比較します。
6. 耐久性：リジッドは機械的な剛性に優れます。フレキは適切な設計によって振動や動きに対応できますが、繰返し屈曲に使えるかどうかは銅箔、層構成、曲げ半径、寿命条件によって決まります。
7. 重量：厚く硬い構造のリジッド基板に比べ、薄いフレキ基板は軽量化に役立つ場合があります。
8. 環境耐性：ポリイミドなどは高温環境への対応に役立ちますが、熱、放射線、薬品への耐性は材料と構造で異なります。リジッドかフレキかだけで判断せず、用途ごとに確認します。
9. 設計の複雑さ：フレキは複雑な立体配置に適しています。リジッドは玩具や電子鍵盤などの単純な機器にも使えますが、高度な電子機器にも広く使われており、選択は構造上の要求で決まります。

リジッドフレキ基板の構造#

リジッドフレキは、硬い基板部と柔軟な回路基材を組み合わせた構造です。一般に、銅配線を形成したポリイミドのフレキ層をリジッド部と一体化し、柔軟な接続と部品搭載部の剛性を両立させます。

主な利点

軽量化、配線接続の簡素化、組立効率の改善が期待でき、小型で新しい形状の機器に適しています。保守や修理のしやすさは構成によりますが、小型機器や微細部品に合わせた実装の自由度は大きな利点です。

リジッドフレキ基板で得られる効果#

接続信頼性

はんだ接合や基板間コネクタを減らすことで、接触抵抗の変動や接続不良の要因を減らせます。リジッド部とフレキ部を一体の回路でつなぐことが、システム全体の信頼性向上につながる場合があります。

空間の有効活用

一体化したフレキ配線を使うことで、ワイヤーハーネスや背の高いコネクタを配置しにくい小型機器でも、配線経路を確保しやすくなります。

組立費用の低減

基板単体は通常のリジッドより高価でも、別体の配線材や接続部品、組立作業を減らせれば、製品全体の製造費用を抑えられることがあります。

検査の一体化

サブ回路をあらかじめ一体接続できるため、最終実装前の自動検査で導通の問題を見つけやすくなります。早期発見は廃棄や手戻りの費用低減に役立ちます。

形状設計の自由度

許容曲げ半径を守れば、小さな筐体内へ立体的に配置できます。硬い基板だけでは難しいレイアウトにも対応できます。

厳しい環境への対応

熱安定性の高い材料を選び、適切に設計・検証することで、高温、薬品、油、振動、衝撃などを伴う用途にも対応できます。放射線を含む環境耐性は、個別の材料と試験条件で確認します。

リジッドフレキ基板の課題#

製造工程が複雑で長くなりやすく、試験中の設計変更も容易ではありません。構造と工程によっては歩留まりの確保が難しくなるため、製造側との早期のすり合わせが必要です。

主な用途#

構造上の特徴を活かし、医療、航空宇宙、通信、民生機器、自動車、防衛、産業機器などで使われています。

まとめ#

リジッドフレキの発展は、電子機器の設計と製造の選択肢を広げました。基板製造については、PCBPitへご相談いただけます。