HDI、インピーダンス、曲げ信頼性を考慮したリジッドフレキシブル基板スタックアップの構築方法

リジッドフレキシブル基板の積層構造は、単にフレキシブルな端部を持つリジッド多層基板ではありません。これは単一の機械的・電気的システムであり、リジッド領域、フレキシブル領域、およびそれらの遷移部で異なる層構造が必要となる場合があります。積層構造は、リジッド領域における部品密度とマイクロビア、インピーダンス制御のための予測可能なリターンパス、そして銅やメッキされた部分に歪みが集中することなく曲げられるフレキシブル層の厚さをサポートする必要があります。

詳細な配線を行う前に、積層構造を構築します。製品の折り曲げや動作の要件から始め、材料とゾーンを定義し、曲げ部を不必要に厚くすることなく、HDIとインピーダンス特性を追加します。誘電体の種類、銅の種類、穴あけ順序、位置合わせ、積層工程などによって、提案された形状の再現性が決まるため、最終的な構造を製造業者と確認してください。

解放されたリジッドフレキシブル基板スタックアップのための6つのステップ

1. 曲げ荷重と折り畳み順序を定義します。層を決定する前に、方向、角度、使用可能な半径、サイクル数、および設置順序を記録します。
2. ゾーンマップを作成します。剛性のある島状部分、フレキシブルスパン、遷移境界、補強材、曲げ線、および立ち入り禁止区域をマークします。
3. フレキシブル素材システムを選択してください。FCCLタイプ、銅の種類と重量、カバーレイ、接着剤またはボンドプライ、シールドをセットで選択してください。
4. レイヤー数を設定し、どのレイヤーをフレキシブル基板に引き継ぐかを指定します。曲げ部分を越える必要があるレイヤーのみを引き継いでください。
5. HDI機能は、漏洩密度が必要な箇所のみ、剛性領域に追加してください。マイクロビアは、曲げ部や遷移部から離して配置してください。
6. ゾーンごとのインピーダンスを再計算し、製造業者によるDFMレビューのためにパッケージをリリースします。配線前にスタックアップの改訂版を確定します。

スタックアップが解決しなければならないこと

実用的なスタックアップは、密度、参照パスの経路、基板の曲がり具合という3つの質問に答えるものです。 IPC設計規格 フレキシブル基板についてはIPC-2223、HDIについてはIPC-2226、制御インピーダンスについてはIPC-2141をそれぞれ適用します。各値を材料セットとプロセスに照らし合わせて確認してください。

剛性ゾーン、柔軟性ゾーン、および移行ゾーンをマッピングする

輪郭を描く前に、すべての曲がり角を分類してください。

層数を決定する前に、ゾーンマップを作成してください。すべての剛性アイランド、フレキシブルスパン、トランジション、補強材、コネクタ、立ち入り禁止区域、および曲げ線をマークします。次に、各曲げを、設置専用、一時的なもの、または動的なものに分類します。方向、角度、半径、サイクル、およびねじれを記録します。

移行区間周辺の立ち入り禁止区域

ゾーンマップ上で早期に矛盾点が明らかになる。微細ピッチのデバイスはマイクロビアを遷移部に向かって押し出す一方、筐体はその部分の曲がりを引っ張る。配線前にこの問題に気づくことが重要だ。

3つのゾーンの建設方法の違い

剛性から柔軟性への移行は、建設紛争のほとんどの原因となるため、剛性領域の端ではなく、独立した項目として扱う必要がある。

曲げ加工の失敗のほとんどは、曲げ半径の数値ではなく、曲げ内部の硬い部分が原因です。最終行を自分の図面と照らし合わせて確認してください。

HDIを追加する前に、フレックスマテリアルシステムを選択してください。

フレックスマテリアルシステムを1セットとして選択してください。

フレキシブルラミネート、銅板、カバーレイ、接着剤またはボンドプライ、シールドを1セットとして選択してください。銅板、プレーン、接着剤が厚いほど、フレキシブルな厚みと切断曲げ能力が向上します。UMECの リジッドフレックス製造能力 接着剤不要のFCCL、カバーレイシステム、レーザー穴あけ、HDI型構造、およびインピーダンス制御オプションに対応しています。配線前にスタックの承認が必要です。

薄型フレキシブルケーブルの一般的な出発点は、接着剤不要の素材です。 デュポン社が公開したPyralux ACのデータ 厚さは12μmから50μmまでで、圧延焼鈍銅と電着銅は同等の重量で記載されています。そのため、銅の種類は自由に選択でき、厚さによるデメリットはありません。

銅の種類を重量だけでなく指定してください。ロール焼鈍箔は繰り返し曲げに耐え、金型製作後にひび割れたフレキシブル基板を再加工するよりもコストがかかりません。電着箔は、剛性のあるセクションや静的フレキシブル基板の設置に適しています。接着剤を使用しない構造では、ポリイミドを銅に直接接着するため、アクリル層の高い誘電損失とZ軸方向の膨張を回避できます。接着剤ベースのシステムは、静的な折り曲げに適しています。フレキシブル基板には、ソルダーマスクは使用しないでください。ソルダーマスクは曲げ時にひび割れますが、カバーレイはひび割れません。ラミネートの場合は、両方を選択してください。

フレキシブルスパンに続く部分を制限する

フレキシブル導体と基準層は、配線、シールド、電流、信号の一貫性を維持するために必要な最小限の量に抑えてください。曲げ半径は、完成したフレキシブル導体の厚さ、カバーレイ、および追加層に基づいて決定され、裸のポリイミドコアや単一の乗算器に基づいて決定されるわけではありません。実際の材料とデューティサイクルで確認してください。

接着剤不要のFCCL工法と接着剤を用いた工法の比較

市販材料の代表的な公表値は、計画の参考としてご活用ください。インピーダンスや曲げの計算を行う前に、積層材のデータシートと照らし合わせて、Dk、Df、および伸び率を確認してください。

層数別のリジッドフレキシブル基板の積層例

重要な質問は2つあります。4層構造には何が含まれ、6層構造では何が変わるのか？どちらの構造にも2層のフレキシブルブリッジが1つ含まれているため、曲げ半径はほとんど変わりません。6層構造では剛性領域が排除され、コストが増加するだけでなく、曲げ特性も向上しません。これらの値は仕様ではなく、計画の参考値として扱ってください。

4層構造の硬質フレキシブル構造（例）

これらは一般的な市販品の範囲です。仕様ではなく、あくまで例としてお考えください。製造のしやすさは、材料の種類、銅の種類、積層順序、および製造業者の工程によって異なります。

完成したフレキシブル基板の厚さは約160μmになります。内訳は、コア層が25μm、銅箔層が36μm、カバー層が100μmです。

6層構造の剛性フレキシブル構造（例）

フレキシブルな背表紙は4層構造に適合するため、曲げ半径は変わりません。ただし、積層枚数、位置合わせ、および単位コストは変化します。

4層リジッドフレキシブル基板：2組のリジッドコアの間に1本のフレキシブルコアを挟む

多くの人が最初に手掛けるのは、4層構造のリジッドフレキシブル基板です。各リジッドセクションに2層の導体層があり、その間に2層のフレキシブルコアが挟まれ、両方の導体層が配線されます。曲げ部分は薄いため、曲げ半径も小さく抑えられます。リジッド部分の余裕がなくなった場合は、フレキシブル層ではなくリジッド層を追加してください。

6層リジッドフレキシブル基板：4層のリジッド層と2層のフレキシブルブリッジ

6層リジッドフレキシブル基板では、各リジッドセクションに4つの導体層が配置されます。フレキシブル部分全体にわたって連続するのはそのうち2層のみです。フレキシブルブリッジに層を追加するごとに厚みと曲げ半径が増加するため、2層で済む区間でも6層になると曲げがきつくなり、コストも高くなります。

4層、6層、それ以上の層数から選択する

4層から6層リジッドフレキシブル基板への移行を正当化する根拠は、フレキシブル領域ではなく、リジッド領域に基づいて決定してください。リジッド層の数は、エスケープチャネルとプレーンペアによって決定されます。1+n+1または2+n+2として構築される高度なリジッドフレキシブルHDI基板は、層数ではなく、エスケープ密度とビアリリーフに基づいて設計されます。

HDIを追加する 密度において 実際に必要

その剛性領域は、高度なリジッドフレキシブルHDI PCBを定義します。マイクロビアのビルドアップ、ブラインドビアと埋め込みビア、およびシーケンシャルラミネーションにより、ファインピッチデバイスの下にエスケープ密度が加わります。フレキシブルスパンは、連続するネットが許す限り薄く保たれるため、HDI構造は剛性領域とフレキシブル領域の境界で停止します。エスケープまたは配線密度が必要な場合にのみ使用してください。各ビアがどの層に接続するかを定義します。

IPC-2226 マイクロビアとビルドアップ構造を定義し、製造業者はビアの定義とアスペクト比の制限を提示します。これらの制限は剛性構造に適しています。フレキシブルコアが積層工程に入ったら、それを目標ではなく上限として扱います。

積層順序と積層順序

2+n+2構造では、フレキシブルな背表紙を支えるコアの両側に、2つの積層層が連続して配置されます。フレキシブルコアの位置は重要です。ラミネート加工の各工程で、ポリイミドと接着剤システムが追加の熱と圧力にさらされ、カバーレイの端部で位置ずれが発生します。

UMECは、埋め込み型またはブラインド型のマイクロビアを備えた多層リジッドフレキシブル構造、および最大2+n+2のHDI構成について説明していますが、プロジェクトレビューの対象となります。マイクロビアのアスペクト比、キャプチャパッドの形状、銅充填、位置合わせ、およびシーケンシャルラミネーションがリジッドフレキシブル接合サイクルにどのように適合するかを確認してください。

リジッドフレキシブル基板におけるマイクロビアの配置場所

マイクロビアは剛性アイランド内に配置します。めっきマイクロビアは、誘電体に全方位で接合された銅バレルであり、延性は考慮されていません。動的屈曲は、静的バレルよりも歪みが少なくなります。曲げ線と遷移フィレットにまたがるキープアウトを定義し、剛性めっき構造、キャプチャパッド、充填ビア、および銅バランス充填をその外側に配置します。

レーザー加工によるマイクロビアとシーケンシャルビルドアップは標準です HDI PCB製造能力リジッドフレキシブルパネルの場合、実際的な限界はビア自体ではなく、フレキシブルボンディングサイクルにおける位置合わせにある。

トレードオフは、その背後にあるものを反映している ブラインドビア、埋め込みビア、マイクロビア構造の選択 剛性の高い構造の場合、各積層サイクルはフレキシブルコアを接合する接着工程にも耐えなければなりません。そのため、積層回数は1回少なくなります。

設計により、すべてのゾーンでインピーダンスを制御しています。

剛性ゾーンとフレキシブルゾーンを横断する参照パス

インピーダンス制御基板では、リジッド部とフレキシブル部で異なる形状を使用できますが、基準パスは意図的に設計する必要があります。各ネットクラスについて、信号層、基準層、目標インピーダンス、許容誤差、誘電体と銅の厚さ、および遷移を記録します。信号がより薄いフレキシブル基板に入るときに再計算します。フレキシブル配線では、薄いマイクロストリップ線路が適しています。ストリップラインは電界をより効果的に閉じ込めますが、別の基準層が必要です。層の変更に関わらずリターン電流を連続させ、遷移ビアを応力のかかる領域から遠ざけ、承認されたスタックアップ改訂版とクーポンに関連付けられたインピーダンス表を製造業者に提供します。

フレキシブルセクションのトレース形状を再計算します

誘電率が約4.0の100μmの剛性誘電体上に50Ωのシングルエンド配線を18μmの銅線で形成すると、幅は約0.17mmになります。同じ配線をフレキシブルスパン内の50μmのポリイミドコア上に配置した場合、目標の幅は約0.075mmになります。これらの幅はあくまで例示であり、プロセス限界ではありません。

銅および被覆における曲げ信頼性の保護

完成したフレックス厚さからの曲げ半径の寸法決定

導体は曲げ線に対して垂直に配線し、鋭角ではなく滑らかな曲線を描くようにしてください。曲げ部分では、急激な幅の変化、細くなる部分、パッドの挿入部、銅箔の積層を避けてください。配線が複数のフレキシブル層を共有する場合は、配線をずらして配置し、それによって整列時の歪みが軽減されるかどうかを確認してください。

移行部におけるカバーレイ、補強材、および外形図の詳細

剛性部分とフレキシブル部分の境界では、外形半径を滑らかに保ちます。カバーレイの境界、剛性開口部、補強材の端、および接着余白を定義します。次に、基板が筐体にどのように接合されているかを確認します。安全に見えるフレキシブル部分でも、鋭利なエッジを無理に通過させてしまう可能性があります。

参照 リジッドフレックスのDFMチェックで曲げ半径を確認.

ファブリケーターによるDFMレビューでスタックアップを完了する

リリースパッケージに含めるべきもの

統合パッケージを1つリリースします：ゾーン図、承認済みスタックアップ、剛性およびフレキシブル厚さ、材料指定、カバーレイおよび補強材の詳細、ドリルおよびビアテーブル、インピーダンス要件、曲げマップ、およびアセンブリ折り目。UMECの PCB設計およびレイアウトサービス DFM（製造性設計）のサポート、ガーバーデータのチェック、パネル化、および信号完全性に関する作業を網羅しています。

書面で残すべき質問

密度、信号信頼性、メカニズムを個別にではなく、1つのレビューで関連付けます。UMECの 高度なPCB製造ガイド スタックアップ、曲げ半径、カバーレイ、ビア配置、インピーダンス、およびアセンブリ応力を網羅しています。リリース前に、これらの問題を1回のスタックアップ改訂で解決してください。

結論

信頼性の高いリジッドフレキシブル基板の積層構造は、好みの層数ではなく、曲げとゾーンマップから始まります。HDIの複雑さはリジッド領域内に抑えてください。インピーダンス基準はすべての遷移部で維持してください。配線とシールドが可能な範囲で、フレキシブル部分の最終的な厚みをトリミングしてください。

プロジェクト固有のフィードバックについては、 UMECにスタックアップと設計パッケージを送付してください。 要件、インピーダンス表、ビアプラン、材料、機械モデル、数量などを含めて。リリース前のレビューにより、問題点を早期に発見できます。

よくある質問

HDIマイクロビアはリジッドフレキシブル基板に使用できますか？

はい、メーカーが必要なビルドアップとビアシーケンスをサポートしている場合です。マイクロビアは剛性の高い領域に配置し、ラミネーション、キャプチャパッド、銅充填、位置合わせ、および曲げからのクリアランスを確認します。

配線がフレキシブルセクションに入るとき、インピーダンスはどのように制御されるのでしょうか？

基準導体を定義し、フレキシブル誘電体と銅厚に基づいて配線形状を再計算します。インピーダンス表に、ゾーン固有の幅、間隔、基準層、遷移、許容誤差、およびクーポンを記載します。

最小曲げ半径は何によって決まるのか？

完成したフレキシブルケーブルの厚さ、層数、銅構造、カバーレイ、曲げ方向と角度、およびデューティが重要です。IPC-2223乗数とキープアウト距離は、 リジッドフレックスのDFMチェックで曲げ半径を確認承認された材料の半径を確認してください。

製造業者はいつスタックアップを確認すべきでしょうか？

配線前、インピーダンスとビア構造が定義された後、そしてリリース前に再度確認してください。材料、層、または厚さに変更があった場合は、インピーダンスと曲げの再チェックが必要です。

4層基板と6層基板のリジッドフレキシブル基板の実際的な違いは何ですか？

4層リジッドフレキシブル基板では、各リジッドセクションに2層の導体層が2層のフレキシブルコアを囲むように配置されています。6層構造では、プレーンペアと余裕のある空間が追加されます。フレキシブルブリッジは依然として2層構造であるため、曲げ半径はほとんど変化しません。

フレキシブルセクションには何層まで重ねるべきでしょうか？

曲げ部分を横切る配線層のみが必要で、通常は2層です。4層リジッドフレキシブル基板では、余分な層は厚みと曲げ半径を増やすため、使用されない層はリジッド領域に配置する必要があります。

リジッドフレックスには、接着剤不要のFCCLが必要ですか？

必ずしもそうとは限りません。接着剤を使用しない構造は、厚みをよりしっかりと保持できるため、動的な曲げ加工、高速作業、繰り返しリフローに適しています。一方、接着剤を使用するシステムは、半径に接着剤層が含まれる場合、静的な折り曲げ加工やコスト重視の造形に適しています。