PCB補強材とは?

PCB補強材は、コアPCB設計の一部ではない回路基板に適用される追加コンポーネントとして機能します。PCB補強材は、PCBの特定領域を補強し、基板の取り扱いプロセスを合理化する上で重要な役割を果たします。 

スティフナーはPCBの堅牢性を強化し、様々な操作上および製造上の問題に対処します。フレキシブルPCBを使用する場合、特定のセクターで剛性の状態を達成するために、PCBスティフナーとして知られる機械的サポートが統合されます。

PCBスティフナー採用のメリット

PCB補強材
  • 機械的補強:スティフナーは、対象となるPCBゾーンの剛性と構造的強度を向上させ、反り、たわみ、歪みを緩和します。
  • 屈曲に対する耐性:フレキシブルプリント基板は、設置、取り扱い、または通常の操作の過程でフレキシブルプリント基板に損傷を与えないようにすることが重要です。
  • 放熱性の向上:スティフナーは、効果的な熱分散と放熱に貢献し、PCB上の優れた熱制御を促進し、過熱や熱不整合を回避します。
  • 接続サイトの補強:補強材を戦略的に使用することで、コネクター、ポート、破損しやすい回路素子を補強し、接続、切断、または通常の動作中に起こりうる磨耗や破損から保護します。
  • 補助コンポーネントの取り付け:スティフナーは、ヒートシンク、センサー、電子モジュールなどの補助部品を取り付けやすい環境を作り、回路基板の機能を拡張します。
  • アライメント精度:また、組み立て工程で回路基板を正しく位置決めするためのガイド治具としても機能し、組み立てエラーを最小限に抑える。
  • 振動と共振の抑制:スティフナーの追加は、回路基板の振動や共振を和らげ、シグナルインテグリティを強化し、干渉を低減するのに役立ちます。

要するに、PCB補強材は、フレキシブル回路基板の性能と信頼性を強化するために不可欠なものであり、特に、機械的強度と指定部分の安定性の強化が要求される用途に適しています。

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PCB補強材の種類

利用可能なPCB補強材の種類を理解することは、フレキシブルPCBベンチャーに適した種類を選択するために重要です。補強材の種類を以下に概説します:

ポリイミド(PI)補強材

高温耐性ポリマーフィルムから成るポリイミド補強材は、厚みを増すために積み重ねることが可能で、はんだ耐熱性と強力な接着性により人気のある選択肢です。これらの補強材は、組み立て工程で曲げポイントや接触公差を制御するために使用されます。

特に、最終製品への組み込みを想定した一部の PCB 領域では、柔軟性の妨げとなる。金指挿入スロットが存在する場所や反対側に使用され、耐摩耗性を高めます。

広く利用されているポリイミドの一種であるカプトンは、PCB端部の柔軟性を高め、ZIFコネクタのようなコンポーネントの取り付けを可能にする役割を果たすため、好ましい。これらのシナリオでは、カプトンは必要なサポートを提供し、PCBが効果的かつ確実に動作することを保証します。

FR-4スティフナー

エポキシ樹脂と織り込まれるガラス繊維の積層物の基礎によって、FR-4は適用範囲が広い回路の多くのスティフナーのための主要な材料である。FR-4は部品配置および熱リフローの間に屈曲PCBのための堅い裏付けを与える。

FR-4ボーダーをPCB外周に統合することで、SMTキャリアの代わりになり、PTH部品がはんだパッドに直接アクセスできるため、組み立て時のコストを削減できる。

金属スティフナー(ステンレススチールまたはアルミニウム)

卓越した成形性、耐腐食性、長期耐久性を必要とする設計には、ステンレス鋼またはアルミニウム製のスティフナーが最適です。これらは、フレキシブルプリント基板にさらなる頑丈さを提供することで、アセンブリプロセスを強化します。

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フレキシブルプリント基板における補強材の配置

トップ・レイヤー・スティフナー

フレキシブルPCBの上面にあるスティフナーは、全体的な構造サポートを提供するために指定されています。LEDスクリーンのような重量のある機器に接続する場合など、フレキシブルPCBに大きな負荷がかかる場合に特に必要となり、PCB表面全体の負荷分散を助けます。

ボトムレイヤースティフナー

フレキシブルプリント基板の特定の領域で補強が必要な場合(アクティブコンポーネントのある領域など)には、下層補強材を適用して機械的支持を強化すると同時に、繰り返し応力による損傷のリスクを軽減します。

デュアル・レイヤー・スティフナー(トップとボトム)

トップ層とボトム層の両方に補強材を使用することで、フレキシブルプリント基板の安定性と剛性が著しく向上します。補強材は金属やポリマーなど様々な物質で構成されています。複数の補強材を使用した設計を計画する場合、どのフレックスPCBゾーンがより高い剛性を必要とするかを区別することが重要です。これは、機械的な面積の評価や、最終製品のフレックススポットをピンポイントで特定することで特定できます。

フレキシブルPCBの構造的完全性を総合的に強化するために、トップ層とボトム層の両方に補強材を注入する必要がある場合があります。多方向の曲げまたは圧縮耐性が必要な用途では、このアプローチが役立ちます。激しく動的な環境では、複数の方向で剛性を高める必要があり、そのため、二層配置は複雑な要件に準拠するための追加の設計可撓性を提供します。

フレキシブルプリント基板への補強材の取り付け方法

PCB補強材をフレキシブルPCBに貼り付けるには、サーマルボンドと感圧接着剤(PSA)の2つの主要技術があります。 

各オプションにはそれぞれ長所と短所があり、最終的な選択は、具体的な設計目標、環境上の要求、材料の考慮事項に合わせる必要がある。サーマルボンドは、より強固な機械的結合を保証し、高応力の用途に適しているが、高度な装置が必要になる場合がある。PSAは、よりシンプルで経済的ではあるが、特定の条件下での長期安定性に欠ける可能性があり、より軽いストレスの用途や、取り外し可能性を必要とする用途に適している。

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