設計段階におけるFPC（フレキシブルプリント基板）の取り付けに関する重要な考慮事項

フレキシブルプリント基板（FPC） その柔軟性、薄さ、折り畳み可能性といった独自の利点から、スマートフォン、ウェアラブルデバイス、自動車用ディスプレイ、医療用電子機器などでますます広く利用されるようになっています。 しかし、FPCの表面実装技術（SMT）プロセスは、従来のリジッドPCBの表面実装技術よりもはるかに難易度が高い。これは主に、フレキシブル基板自体に剛性のある支持体がなく、応力や熱によって反り、変形、位置ずれが生じやすいためである。 設計段階で表面実装プロセスの具体的な要件が十分に考慮されていない場合、回路設計自体が適切であっても、SMT生産段階で基板の反り、部品の浮き、さらには基板の全廃棄といった深刻な問題が発生する可能性があります。 したがって、FPC表面実装技術の設計段階で重要な考慮事項を理解することは、製品の製造可能性と最終的な品質を確保するために極めて重要です。本記事では、当社のエンジニアリングチームが手がけたプロジェクトに基づき、FPC表面実装技術の設計段階で直面する問題に対する解決策をまとめます。 Geyuan Electronics 長年にわたり。.

FPC（フレキシブルプリント基板）の表面実装技術とは何ですか？

フレキシブルプリント基板（FPC）は、その薄さ、柔軟性、および高温・低温に対する耐性から、携帯電話、ノートパソコン、スマートウェアラブルデバイスなどの電子製品で広く使用されています。 FPC表面実装技術（SMD）とは、抵抗器、コンデンサ、チップなどの表面実装部品（SMD）を、FPC基板のパッド上に精密にはんだ付けする工程です。これは電子機器の組み立てにおいて極めて重要な工程であり、製品の性能や安定性に直接影響を及ぼします。.

FPC（ファイバーチップ）パッチの製造プロセス

準備段階	まず、フレキシブルプリント基板（FPC）は、欠陥や損傷がなく、加工要件を満たしていることを確認するために、品質検査を受ける必要があります。その後、表面実装部品をFPCにしっかりと接着させるために、洗浄や乾燥などの必要な前処理が行われます。.
試料の調製	生産要件に従って、抵抗器、コンデンサ、ICチップなどの必要な電子部品を準備します。部品の品質と仕様を確認し、生産基準を満たしていることを確認します。.
配属プログラムの設定	ピック・アンド・プレース機の配置プログラム（部品の位置、角度、順序など）を設定します。その後、ピック・アンド・プレース機を校正し、配置精度を確保します。.
SMT加工	FPC基板は、ピック・アンド・プレース機の作業台に固定されています。ピック・アンド・プレース機は、FPC上の指定された位置に電子部品を正確に配置します。.
溶接と硬化	部品が実装されたFPCは、リフローはんだ付けやウェーブはんだ付けなどの手法を用いてはんだ付けされます。はんだ付け後、はんだ接合部の安定性と信頼性を確保するために、必要な硬化処理が行われます。.
品質検査	完成したFPC基板は、はんだ接合部の品質や部品の位置精度などを含む品質検査を受けます。不良品は速やかに再加工されるか、廃棄されます。.
後処理	認定済みのFPC基板に対し、必要な洗浄および乾燥作業を行う。FPC基板が正常に動作していることを確認するため、機能試験を実施する。.

なぜ設計段階でFPCパッチの問題に対処する必要があるのでしょうか？

フレキシブルプリント基板（FPC）向けの表面実装技術（SMT）プロセスは、設計段階からあらゆる細部にわたって綿密な配慮を要する、複雑なシステムエンジニアリングプロジェクトです。 前処理としてのベーキングは、材料に固有の吸湿性に対処するものです。キャリアフィクスチャやジグは、フレキシブル基板を支える役割を果たします。補強設計は、局所的な剛性とSMTの実現可能性との矛盾を解決します。パッドおよび回路設計は、はんだ付けの信頼性とはんだ接合部の寿命を確保します。また、パネル化とプロセスの最適化は、生産効率と歩留まりの向上を図ります。 これらの段階は相互に関連しており、いずれかの段階で不備があると、量産時に深刻な品質問題に発展する恐れがあります。 FPCを設計するエンジニアは、リジッドPCBの従来の考え方に縛られることなく、フレキシブル材料の固有の特性を十分に理解し、製造適性設計（DFM）の原則を一貫して適用しなければなりません。そうして初めて、FPCは製品開発における「隠れた爆弾」となることなく、その柔軟性の利点を真に発揮することができるのです。.

設計段階におけるFPC（フレキシブルプリント基板）実装に関する考慮事項

フレキシブルプリント基板（FPC）は、素材が柔らかく変形しやすいため、表面実装技術（SMT）工程において、位置決め誤差、はんだペーストの印刷不良、気泡の発生、部品のはがれなどの問題が生じやすい。 したがって、設計段階において、その後の実装および製造工程を十分に考慮することが極めて重要です。以下に、無視できない重要な考慮事項を挙げます。

焼成前の前処理

表面実装技術（SMT）を行う前のFPCの予備ベーキングは、設計段階で考慮しなければならない極めて重要な工程です。 FPC基板は、そのほとんどが吸湿性の高いポリイミド（PI）でできているため、十分なベーク処理を行わずに高温のリフローはんだ付け環境に直接投入すると、基板内部に吸収された水分が高温で急速に蒸発・膨張し、基板の破裂やパッドのブリスタリングなどの深刻な欠陥を引き起こします。 業界で推奨されるベーキング条件は、通常 120～150°C で 2～4 時間ですが、具体的な時間は FPC の厚さや保管環境に応じて柔軟に調整する必要があります。設計エンジニアは、ベーキングが単なるオプションの工程ではなく、SMT の品質を確保するための第一の防衛線であることを十分に認識しておく必要があります。 ベーキング後は、FPCをできるだけ早くSMT生産工程に投入し、二次的な吸湿を防ぐために防湿ボックスに適切に保管する必要があります。.

車両用固定具

キャリア治具の設計は、FPC表面実装技術（SMT）製造において最も基本的でありながら、見過ごされがちな側面です。FPCは本質的に柔軟性があるため、リジッドPCBのようにリフローはんだ付けテープや通常の配線上に直接配置することはできません。そのため、しっかりと固定するためには専用のキャリアが不可欠です。 現在主流となっている実装ソリューションには、磁気キャリア、シリコーン接着剤キャリア、真空吸引キャリアなどがあります。 設計段階において、エンジニアはFPC用に十分な光学マークポイントと位置決め穴を確保する必要があります。通常、直径1mmのSMT光学マークが4つ必要であり、各マークの中心は基板端から3.85mmの位置に配置され、誤認識を防ぐために1つは5mmオフセットされます。 位置決め穴の配置も同様に重要です。通常、プロセスエッジに沿って直径 2 mm の位置決め穴が 4 つ設けられ、誤りを防ぐために 1 つは 5 mm オフセットされます。これらの位置決めマークは、配置機による視覚的な位置合わせの基礎となります。不適切な設計は、はんだペーストの印刷位置ずれや部品の配置誤差に直接つながります。 また、キャリアの設計には、実装およびリフロー時の熱膨張・収縮によってFPCがずれないようにするための熱膨張補償クリアランスを含める必要があります。.

補強プレートの設計

FPCの表面実装技術（SMT）において、補強プレートの設計は最も問題となる側面です。補強プレートは、コネクタやゴールドフィンガーなど、局所的な剛性が必要な部分に支持力を加えるために使用されます。 しかし、補強板の設計が不適切だと、SMTに甚大な影響を及ぼす可能性があります。基本的な原則として、補強は理想的には表面実装パッドの裏面に設計し、部品側の表面に補強を設計することは避けるべきです。補強板には一定の厚みがあるため、FPC基板の表面との間に段差が生じてしまいます。 もし補強が表面実装部品と同じ側に設計されると、はんだペースト塗布時に塗布ムラが生じ、適切な部品実装が不可能になるだけでなく、後の修理においても極めて不便となります。 構造上の制約により部品側に補強が必要となる場合は、補強が部品の筐体を避けていることを確実に確認することが不可欠であり、発注書には「SMT後に補強を施すこと」を明記するとともに、接着には3Mの両面テープの使用を認める必要があります。 また、補強材とパッド間の間隔についても明確な定量的要件が定められています。厚さが0.2 mm以下の補強材は、パッドから3 mm以上離す必要があります。 厚さが0.25～0.3 mmの補強材は10 mm以上離すこと；厚さが0.3～0.5 mmの補強材は20 mm以上離すこと。 厚さが0.5 mmを超える補強材については、その面にSMTパッドを配置することは推奨されません。特に重要な点として、2組のチップピンの間に補強材を配置してはなりません。そうしないと、はんだ付け後にデバイスが浮き上がってしまう原因となります。 ゴールドフィンガー領域のPI補強については、補強の配置順序を厳守する必要があります。その順序は、補強→SMTです。.

補強材の設計と配置

補強材料とその選定	FPC自体は柔らかすぎるため、SMT生産ラインに直接投入することはできません。実装領域の裏側には、鋼板、FR4、PIなどの剛性補強材を設計する必要があります。.
補強により、はんだパッドを避ける	鋼板などの補強部の端は、はんだパッドから少なくとも0.3 mm離す必要があります。そうしないと、実装時に鋼板が浮き上がったり、リフローはんだ付け時の熱膨張によってはんだ接合不良が生じるおそれがあります。.
補強材の間隔と厚さ	複数のパネルを組み立てる場合、パネルを分離する際の干渉を防ぐため、鋼製補強板間の間隔は3 mm以上とする必要があります。また、補強材、その厚さ、および接着剤の種類（3Mの両面テープなど）については、設計図面に明記する必要があります。.

パッドおよび回路設計

パッドや配線の設計は、表面実装技術（SMT）の成功率やはんだ接合部の長期的な信頼性を直接左右します。FPCでは、はんだマスク層としてカバーフィルムが使用されており、これはリジッドPCBで使用されるグリーンはんだマスクとは根本的に異なります。 カバーフィルムは積層前に開口させる必要があるため、パッドと配線の間に少なくとも0.2 mmの隙間を確保しなければなりません。 2つのパッド間ではんだマスクブリッジを維持する必要がある場合、ブリッジを確保するために2つのパッド間の間隔を少なくとも0.5 mm確保する必要があります。そうでない場合は、開口部を設け、配線が露出している状態を許容する必要があります。 FPC のパッドは、フレキシブル基板に固有の弱点である剥離が特に起こりやすい。設計では、カバーフィルムがパッドの周囲を押し下げ、支持力を提供して剥離を防ぐ SMD パッドを優先すべきである。 コネクタソケットなど、高い応力がかかるパッドについては、「プレスパッド」設計を推奨します。これは、カバーフィルムがパッドを少なくとも 0.3 mm 押し下げるように、パッドを適切に延長する設計です。 両面のパッドは、可能な限り重ならないようにする必要があります。そうしないと、中央にある25ミクロンの基板では十分な接着強度が得られません。BGAパッドの直径は0.25 mm以上にする必要があります。小さすぎると、パッドが剥がれやすくなります。 また、FPC上での広範囲な銅層は避けるべきです。これは、広い銅面をラミネートする際、空気が逃げにくくなるためです。空気中の水分は、高温高圧下で銅表面と反応し、外観不良の原因となります。やむを得ない場合は、グリッド状の銅層を設計することを推奨します。.

パッドおよび配線パターンの設計

孤立したパッドは避けてください。.	FPCの中間層絶縁基板（PI）は比較的薄いため、加熱や応力がかかると個々のパッドが剥がれやすくなります。設計時には、銅の被覆率を最大限に高め、各パッドの周囲に接続線を追加して、パッドを銅面にしっかりと固定する必要があります。さらに、表裏のパッドは互いにずらして配置する必要があります。.
コネクタパッドの補強	FPC上のコネクタ（FPCソケットやFFCレセプタクルなど）は、挿抜力が大きく、はんだパッドが剥がれやすいため、圧力パッドの設計を採用するか、ティアドロップ形状を追加する必要があります。.
広い銅の表面とグリッド	大きな銅の平坦面は、ラミネート工程中に空気残留が生じやすく、高温下で気泡や酸化の原因となる可能性があります。広範囲の銅面については、45°のグリッド状の銅シートとして設計するか、適切な開口部（ウィンドウ）を設けることをお勧めします。.
ソルダーマスクブリッジ	はんだパッド間の間隔は、はんだマスクのブリッジ幅が0.5 mm以上となるように確保する必要があります。そうしないと、製造中にはんだブリッジ（短絡）が発生する恐れがあります。.

パネルの設計および製造仕様

パネルの設計とプロセスのエッジ仕様は、どちらも同様に重要です。FPCのパネル化では、Vカットやスタンピング穴加工はサポートされておらず、パネルの分離には接続ブリッジのみを使用できます。 接続ブリッジの推奨長さは、一般的に0.7～1.0 mmです。鉄筋が配置されている領域の接続ブリッジは、理想的には1 mmとし、鋼板の過度な重量によってFPCの伸縮変形が生じ、その後のSMTに悪影響を及ぼさないよう、ブリッジの数を適切に増やす必要があります。 基板間の間隔は通常2 mmですが、鉄筋補強のある領域では、間隔を3 mmに広げる必要があります。加工エッジの周囲には5 mmの幅を確保し、位置決め穴および光学ドットは加工エッジ上に配置する必要があります。 パネルの最大サイズは通常 250 mm × 500 mm 以内に制限され、最小サイズは 70 mm × 70 mm です。交換が必要な基板については、各小型基板の隣に不良基板用光学ドットを追加する必要があります。 生産中に小型基板が廃棄される場合、基板メーカーは対応する光学ドットを黒く塗りつぶし、ピック・アンド・プレース機がその基板を自動的にスキップすることで、コストを削減します。.

パネル化と位置決め穴の設計

光学位置決め点（FIDUCIAL）	SMT実装機による光学位置合わせを可能にするため、FPC基板全体およびパネルの対角線上に、少なくとも3つのフォトリソグラフィー用位置決めポイント（通常は直径1.0～1.5 mmの裸銅／液浸金ドット）を設計する必要があります。.
エッジと接続点の処理（タブ）	FPCの端部は、プロセスエッジを考慮して設計する必要があります。単一のFPCとプロセスエッジまたはパネルの間には、各辺に少なくとも2箇所の接続点（ブレークウェイ）を設けることを推奨します。 接続点の幅は、一般的に約0.8 mmです。接続点が少なすぎると、輸送中に基板が脱落しやすくなりますが、多すぎると基板の分離が困難になります。.
小型基板アセンブリ	20×20 mm未満の極めて小型のFPCについては、ピック・アンド・プレース機の稼働中やレーザーによるダスト除去の際に、部品が吹き飛ばされたり吸い上げられたりすることを防ぐため、納品時にはパネル化が必須となります。.

Via-in-Padは固く禁じられています。.

FPCフレキシブル基板では、ビアへの樹脂充填はできません。 パッド上にビア（スルーパッド）を穿孔した場合、SMTのはんだペースト印刷およびリフローはんだ付けの際、はんだペーストがビア内に漏れ込み、はんだ不足、はんだ接点の断線、または短絡を直接引き起こします。ビアは、ソルダーマスクの開口部から少なくとも0.2 mm離す必要があります。.

熱膨張・収縮の考慮と変形への余裕の確保

リフローはんだ付けの高温下におけるFPC材料の熱膨張係数は、通常のリジッドPCBのものとは異なります。設計時には、熱変形によるはんだ接合部の亀裂を防ぐため、ファインピッチのQFP、BGA、または大型コネクタ周辺の配線に対して、応力緩和設計を行う必要があります。.

FPCフレキシブル基板の表面実装ソリューションを提供する専門企業

FPC（フレキシブルプリント基板）の製造および表面実装技術（SMT）の分野において、Geyuan Electronicsは、長年にわたる技術的専門知識と業界での経験を活かし、初期設計のコンサルティングからFPC製造、ステンシル製作、SMTはんだ付け、さらには検査やリワークに至るまで、お客様にワンストップサービスを提供しています。 当社は、高精度SMT装置、鉛フリーリフローオーブン、AOI／X線検査装置など、専門的な設備を完備しており、経験豊富な技術チームを擁しています。 当社は、フレキシブル回路基板の前処理から部品の配置、温度プロファイルの最適化から不良品のリワークに至るまで、あらゆる工程を厳格に管理し、常に「精度、効率、信頼性」を最優先することで、民生用電子機器、自動車用電子機器、医療機器など、さまざまな分野におけるFPC SMTのニーズに応えています。 Geyuan Electronicsは顧客中心のアプローチを貫き、FPCフレキシブル基板や部品のさまざまな仕様に基づいてSMTソリューションをカスタマイズし、99.5%を超える安定した製品歩留まりを確保することで、お客様に高品質でコストパフォーマンスに優れたSMTサービスを提供し、お客様の製品を迅速に量産へと導きます。 FPCの大量生産におけるカスタマイズ製造をご希望の場合は、ぜひ弊社までお問い合わせください。.

要約する

（FPC）表面実装技術（SMT）は、電子機器製造において広く用いられているプロセスであり、電子部品の接続や回路機能の実現において極めて重要な役割を果たしています。FPCの表面実装手法や工程について理解を深めることで、製造業者は製造プロセスをよりよく理解・習得し、製品の品質と信頼性を向上させることができます。 さらに重要なことは、高品質なFPCを得るためには、設計段階でFPCに影響を及ぼす可能性のある問題を考慮しなければならないということです。本記事では、日々のプロジェクトで遭遇した問題をまとめ、最終的な表面実装開発において問題を回避する方法について概説します。カスタマイズされたFPC製品の量産を専門メーカーに依頼される場合は、ぜひ弊社までお問い合わせください。.