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【JLCPCB】FPC(フレキシブル基板)を使った自作フラットケーブルを製作!設計通り問題なく使えました

以前書いたこちらの記事の追記です。

【JLCPCB】FPC(フレキシブル基板)を使った自作フラットケーブルの製作![設計 ~ JLCPCBに発注]

電子工作や自作基板の製作などで、このような市販されているフラットケーブルを使う場面が結構あると思います。
スマートフォンやノートPCなどの内部配線や可動部でもよく使われているのを見かけるものです。

これは平行に並んだ導体をフィルムで挟んだ構造の既製品ケーブルで、FFC(Flat Flexible Cable)と呼ばれるフラットケーブルです。

一方、名前が似ていて見た目もよく似たものに、FPC(Flexible Printed Circuit)というものがあります。

こちらはポリイミドなどの柔軟な基材の上に銅配線を形成した、いわゆるフレキシブル基板と呼ばれるものです。

JLCPCBでは、このFPC(フレキシブル基板)を比較的安価に製造することができます。

FFCのような既製品ケーブルとは異なり、配線パターンや基板形状を自由に設計出来るため、用途に合わせたオリジナルの基板や、また今回製作したような自作のフラットケーブルを作ることも可能です!

そこで、FPCを使ったフラットケーブルを今回テスト的に作ってみました。
FPCを使ったフラットケーブルの設計は初めての試みだったため、上記前回の記事では端子部分のフットプリントの作成やスティフナー(補強板)の追加、そしてJLCPCBへの発注方法などをまとめました。

そして、実際に製造されたものが手元に届いたので追記したいと思います。

結果としては大成功!
想定していた設計通りの仕上がりで、非常に綺麗な自作フラットケーブルが無事完成しました。

既製品では黒色のフラットケーブルはあまり見かけませんが、自作プロジェクトのコンセプトにも合う、とてもカッコいいケーブルに仕上がりました!

FPC(フレキシブル基板)を使った自作フラットケーブルの製作!

FPC(フレキシブル基板)を使えば自由に基板形状を作ることが出来るので、既製品では対応できないものや、アイデアを活かしたオリジナルのものも作れそうです!

いくつか製作を考えているものがあるのですが、FPCを使ったフラットケーブルやその端子部分の作り方、また設計方法などは調べてみてもあまり情報が無く・・・
そこで、テストを兼ねて自作フラットケーブルを製作してみることにしました。

今回製作したのは、12ピン 0.5mmピッチのフラットケーブルです。

先日製作したこちらのType-C短絡チェッカーでは、よく目にする市販されている白色FFCフラットケーブルを使用していました。

JLCPCBのFPC基板の製造では、カバーレイ(銅配線を保護するフィルム層)の色を、通常の黄色以外に黒や白から選択することが出来ます。
そこで、製作コンセプトに合う黒色のFPCフラットケーブルとして作れないか?と考え、製作してみることにしたのですが・・・

【自作基板】実装済み基板でも安全に検査!USB Type-C ブリッジ(短絡)チェッカーの製作【①全体構成を考える】

まず困ったのが、汎用的に使えそうなフットプリントが調べた限りではほとんど見つからず…
そのため、フットプリントの作成から全て自作することにしました。

また、今回製作したフラットケーブルはFFCコネクタで使用することを想定しています。
FPCは非常に薄い基板(約0.1mm厚程度)のため、そのままではFFCコネクタに固定することが出来ません!

そのため、端子部分の強度の確保やコネクタでロック出来る厚みを持たせるために、スティフナー(補強板)を追加する必要があります。

市販されているFFCケーブルでは、下写真の青い部分が補強板にあたる部分です。

KiCadでのフラットケーブルの設計やスティフナーの指定、また、[FPC + 銅箔 + スティフナー]を含めたトータルの厚みを考慮した発注など、今回初めての試みだったこともあり実物が届くまで少し不安だったのですが…

製造されて手元に届いたものは設計意図通りの仕上がりで、実際の使用でも全く問題ありませんでした!

設計方法やJLCPCBへの発注方法などの詳細については、前回の記事でまとめているので、よろしければそちらもご覧下さい。

【JLCPCB】FPC(フレキシブル基板)を使った自作フラットケーブルの製作![設計 ~ JLCPCBに発注]

基板の到着

基板の製造は3日ほど、配送方法にOCS Expressを選択し発注から10日ほどで手元に基板が届きました。

FPCといった特殊な素材を使った基板ですが、通常のFR-4基板と比べてもプラス1~2日程度の納期なので、かなり早い印象です!

そして、単体基板として発注することも出来ましたが、価格差がそれほど大きくなかったことから、[JLCPCBによる面付け]を選択して発注しました。

FPC基板の面付けでは、エッジレールを含めて1辺が70mm以上必要となるため、今回1×11面付けとしています。

ただ、FPC基板の面付けは通常のFR-4などのリジッド基板とは少し面付け条件が異なってきます!

FPC基板はレーザーカットで外形加工されるため、基板同士を密接させてVカットを入れるといった方法が使えません!(収縮等により)

そのため、基板間には2mmのクリアランスを設け、さらに4辺すべてを囲むように5mm幅のエッジレールを入れる必要があります。
こんな感じですね!

今回JLCPCBに面付けを依頼したのですが、発注時点ではこの条件を知らず、2辺だけにエッジレールを入れる指定を行い、基板間のクリアランスも設けず、通常のVカット基板と同じような感覚で発注してしまいました。

そのため面付け条件に合わず、データ自体はJLCPCB側で修正してもらえたのですが、上記の条件を満たすために全体サイズが少し大きくなった分、僅かな追加料金が発生しました。

これは自身で面付けデータを作成して入稿する場合でも同様で、あらかじめこの条件を考慮して設計しておく必要があります!

FPC基板の面付けについては、前回の記事やこちらでまとめているので見て頂ければと思います。

【JLCPCB】FPC(フレキシブル基板)を面付けする際の注意点!パネル化には「ボード間隔2mm」と「四方のエッジレール」が必須!

届いた基板は非常に綺麗な仕上がりでした!

カバーレイの色は、今回ブラックを選択しました。
JLCPCBのFPC基板の製造では、通常の黄色のほかにブラックやホワイトを選択することが出来ます。(ブラック/ホワイトでは若干料金が高くなります!)

またFPC基板の製造では、標準でENIG(金メッキ)仕上げとなります。
端子パッドが露出する今回のような用途では、接触性や耐久性の面で適した仕上げです!

また、JLCPCBではFPC基板の外形加工は標準でレーザーカットが使用されます。

今回面付け発注だったので捨て基板部分とどのように繋がって納品されるのか気になっていましたが…
実物を見ると、小さな接合部分だけを残して繋がっている構造になっていました。

非常に小さな接合部が数カ所あるだけなので、手で軽く曲げると簡単に切り取ることが出来ます。

FR-4といった通常基板のタブ接続とは違い接合部分が非常に小さいため、分離後のカット面もフラットでとても綺麗です!

そして、設計と発注の際に少し不安だったスティフナー(補強板)についても問題ありませんでした。

ポリイミド素材を選択して発注しましたが、厚み指定も問題なく想定通りの仕上がりになっています。

FFCコネクタに問題なく挿入することができ、しっかりとロックもかかりました。
ケーブルとしての動作も問題ありません。
やったね!

文字やイラストなどをシルクに入れることも出来たりと、市販品にはないオリジナルデザインのケーブルを作れるのも魅力ですね!

今回はテスト的に製作したシンプルなフラットケーブルでしたが、FPCでは形状を自由に作ることが出来るので、例えば2股や3股に分岐したケーブルや、プロジェクト独自のオリジナル形状のものを作るといったことにも活用できそうです。

最後に!

今回は、FPC(フレキシブル基板)を使った自作フラットケーブルの製作結果について紹介しました。

前回の記事では、端子部分のフットプリント作成やカバーレイの開口、スティフナー(補強板)の設計、そしてJLCPCBへの発注方法など、初めての試みとなる内容をまとめましたが、実際に届いた基板は設計意図通りの仕上がりで、FFCコネクタでの固定やケーブルとしての機能も問題ありませんでした!

市販されているFFCケーブルは安価で入手でき便利ですが、FPCを使えば形状や長さ、分岐構造などを自由に設計出来るため、自作プロジェクトに合わせたオリジナルケーブルを作るといった用途で使えそうです。

今回は市販品に近いシンプルな構成のものでしたが、今回の製作で設計や発注方法、そして実際の仕上がりも確認出来たので、今後の製作に活かせそうです。

あまり情報が無く手探り状態で製作してみましたが、自作FPCケーブル製作の参考になれば幸いです。

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