両面PCBはどのように機能しますか？

導入

両面フレキシブルプリント回路（FPC）は、柔軟性と複雑な回路レイアウトの機能を組み合わせた最新の電子機器製造における重要な進歩です。導電性パターンが1つの表面のみに存在する片面ボードとは異なり、 両面FPCは、 柔軟な基質の上層と下層の両方に導電性トレースを備えています。これらの2つの導電性層は、メッキされたスルーホールを使用して相互接続されており、ボードの全体的なサイズを増やすことなく、より複雑な回路設計を可能にします。この機能は、自動車制御モジュール、ステアリングホイールスイッチパネル、ウェアラブルテクノロジー、医療機器などのコンパクトな電子デバイスに不可欠です。

両面FPCの主な利点は、剛性ボードが失敗するアプリケーションに必要な物理的な柔軟性を保持しながら、回路密度を最大化する能力にあります。ポリイミドまたはポリエステルの基質を使用することにより、製造業者は、ボードが薄く、軽量であり、コンパクト製品ハウジングに収まるように曲がって折りたたむことができるようにします。これにより、振動、限られたスペース、および機械的ストレスが存在する環境に特に適しています。

さらに、両面FPCの設計は、より複雑な信号ルーティングとより良い電気性能をサポートします。コンポーネントはどちらの側にも取り付けられ、信号はVIAを介してレイヤー間を通過し、クロストークを最小限に抑え、信号の完全性を改善できます。機械的適応性と高密度の電気機能のこのバランスにより、両面FPCは現代の電子工学に不可欠な選択となります。

次のセクションでは、プロジェクトのために選択する際の双方向のPCB、その製造プロセス、パフォーマンスの利点、一般的なアプリケーション、および重要な考慮事項を詳細に検討します。また、詳細なFAQセクションと比較表を提供して、他のPCBタイプとの区別を明確にします。

両面FPCの構造と作業原則

両面FPCのコア構造には、通常は柔軟なポリイミドで作られた誘電体基板で区切られた2つの銅層が含まれています。各銅層には、さまざまなコンポーネント間で電気信号を運ぶ複雑な導電性経路が含まれています。これらの層は、 めっきされたスルーホール（PTH）を使用して相互接続されています。電流が片側から他方に流れることを可能にする導電性材料が裏打ちされた穴の穴が開いています。

デバイスが動作すると、信号は銅の痕跡に沿ってあるコンポーネントから別のコンポーネントに移動します。ルートが別の信号経路を横断する必要がある場合、トレースはVIAを介してボードの反対側に移動し、それにより信号干渉を排除できます。この機能は許可されています 両面FPC 。 片面ボードよりも複雑でコンパクトな回路レイアウトをサポートする

作業メカニズムは、次のように要約できます。

1. レイヤー間の信号ルーティング - 電気信号は、メッキされたスルーホールを介して2つの銅層の間を移動し、コンパクトで複雑な設計を可能にします。

2. コンポーネントの取り付け柔軟性 - 抵抗器、コンデンサ、積分回路などのコンポーネントを両側に配置して、スペースの使用を最適化できます。

3. 機械的柔軟性 - ポリイミドベースにより、ボードは銅の痕跡を損傷することなく曲げることができ、狭いスペースに折り畳むのに最適です。

4. 熱管理 - デュアル層設計は、高性能コンポーネントによって生成された熱をより適切に分布させ、信頼性を向上させることができます。

これらの要因の組み合わせにより、両面FPCは、物理的な適応性を維持しながら、より高い回路の複雑さを処理できます。これが、耐久性を犠牲にすることなく、コンパクトで湾曲したスペースに複数の信号パスを収容する必要がある自動車ステアリングホイールコントロール回路で頻繁に使用される理由です。

両面FPCの製造プロセス

両面柔軟なPCBの製造には、電気性能と機械的信頼性を確保するための複数の精密制御ステップが含まれます。プロセスは通常、これらの段階に従います。

1. 基本材料の調製 - 通常はポリイミド、柔軟な基質は、両側に銅箔で積層されています。銅の厚さは、アプリケーションの現在のキャリー要件に基づいて選択されます。

2. フォトレジストアプリケーションとイメージング - 両側は、光に敏感なフォトレジスト層でコーティングされています。回路パターンは、紫外線を介してUV光を使用して銅の表面に転送されます。

3. エッチング - 不要な銅は化学エッチングを使用して除去され、両側の望ましい回路パターンを残します。

4. 掘削とめっき - 精密掘削機は、銅でメッキされたバイアスを作成し、上部と下の回路層を電気的に接続します。

5. はんだマスクと表面仕上げ - 銅の痕跡を酸化から保護し、コンポーネントアセンブリ中にはんだブリッジングを防ぐためにはんだマスクが適用されます。 Enig（Electroless Nickel Immersion Gold）やOSP（有機はんだ付け性防腐剤）のような仕上げは、はんだや耐食性を保証します。

6. テストと品質管理 - 各FPCは、発送前のパフォーマンスを検証するために、電気連続性テストと機械的曲げテストを受けます。

この細心のプロセスにより、最終製品は、繰り返される曲げサイクルの下で高い導電率、機械的柔軟性、耐久性を提供します。製造中の2つの銅層の正確な整列が重要です。これは、操作中に信号の完全性の問題または機械的障害を引き起こす可能性があります。

両面FPCの利点

両面FPCは、 片面フレキシブルボードと剛性PCBの両方にいくつかの明確な利点を提供します。

• より高い回路密度 - 2つの銅層により、より多くのルーティングオプションが可能になり、より小さなフットプリントで複雑な設計が可能になります。

• コンパクトな製品設計 - 薄くて曲げやすい性質は、電子機器を型破りまたは湾曲した形状に合わせるのに役立ちます。

• 電気性能の向上 - 長い信号経路の必要性の低下は抵抗を低下させ、信号損失を最小限に抑えます。

• 複雑な設計のコスト効率 - 多層ボードと比較して、両面FPCは複雑さとコストのバランスを提供します。

• 動的アプリケーションの信頼性の向上 - 柔軟な基質は振動を吸収し、はんだジョイント障害のリスクを減らします。

これらの利点は、両面FPCが最新の自動車電子機器、航空宇宙機器、携帯用家電、ウェアラブル医療機器によく見られる理由を説明しています。電気の洗練と機械的適応性を組み合わせる能力により、エンジニアはパフォーマンスを損なうことなく、より大きな設計の自由を得ることができます。

一般的なアプリケーションとユースケース

両面FPCは汎用性が高く、業界に広く適用されています。

• 自動車システム - ステアリングホイールスイッチ、ダッシュボードディスプレイ、インフォテインメントシステムで使用されます。柔軟性とコンパクトさが不可欠​​です。

• 医療機器 - 診断ツール、ウェアラブルヘルスモニター、およびその軽量で曲げ可能な特性のために手術器具に適用されます。

• コンシューマーエレクトロニクス - 折り畳み式のスマートフォン、タブレット、カメラにあり、薄いスペース節約デザインを可能にします。

• 産業機器 - 機械的ストレスの下で高い耐久性を必要とするロボット工学、コントロールパネル、センサーアセンブリで利用されます。

以下の表は、、両面、および剛性のPCBの重要な違いをまとめた

です	片面	もの	。
銅層	1	2	2+
柔軟性	高い	高い	低い
回路密度	低い	中程度	高い
料金	低い	適度	変化します
アプリケーション	シンプルなサーキット	複雑な柔軟性	硬い、高出力

両面FPCに関するFAQ

Q1：両面FPCと片面FPCの主な違いは何ですか？
a 両面FPC には、柔軟な基質の両側に銅の痕跡があり、VIASを介して接続されており、片面ボードと比較してより複雑でコンパクトな回路設計が可能になります。

Q2：両面FPCは高電流アプリケーションを処理できますか？
はい。ただし、銅の厚さと微量の幅を適切に設計する必要があります。非常に高い電流アプリケーションの場合、多層設計または強化銅が必要になる場合があります。

Q3：両面FPCは片面のFPCよりも高価ですか？
一般的に、はい。追加の銅層、掘削、およびめっきプロセスにより、生産コストが増加しますが、中程度の複雑なデザイン用の完全な多層ボードよりも費用対効果が高くなります。

Q4：両面FPCはどの程度耐久性がありますか？
高品質の材料と適切な設計規則で製造されると、パフォーマンスの大幅な分解なしに数千の曲げサイクルに耐えることができます。

Q5：両面FPCレイアウトを作成するのに最適なデザインソフトウェアは何ですか？
Altium Designer、Kicad、OrcadなどのほとんどのプロフェッショナルPCB設計ソフトウェアは、両面の柔軟なPCBレイアウトを処理できます。