ケーススタディ：ウェアラブル機器におけるシリコーンオーバーモールドによるFPCの導入成功

急速に進化するウェアラブル技術の世界において、小型で耐久性に優れた信頼性の高い電子部品への需要はかつてないほど高まっています。業界リーダーがデバイスの性能とユーザーの快適性を向上させる革新的なソリューションを模索する中、フレキシブルプリント回路（FPC）とシリコーンオーバーモールドの融合は画期的なアプローチとして浮上しました。この包括的なケーススタディでは、この技術を実際のウェアラブルデバイスに導入し、性能、耐久性、そしてユーザーエクスペリエンスの新たな基準を確立するまでに至った設計、エンジニアリング、製造、そして検証プロセスを検証します。

フレキシブルプリント基板（FPC）は、薄型、軽量、そして高い柔軟性を備えた回路基板であり、限られたスペースでも電気接続を提供します。その柔軟性は、フォームファクタと快適性が最優先されるウェアラブル機器に最適です。しかしながら、FPCは機械的ストレス、環境要因、そして経年劣化の影響を受けやすく、長期的な信頼性確保に大きな課題を抱えています。

シリコーンオーバーモールドは、耐久性、弾力性、生体適合性を備えた材料でFPCを封止することで、これらの問題を解決します。このプロセスは、繊細な回路を湿気、埃、機械的衝撃、化学物質への曝露から保護すると同時に、柔軟性とユーザーの快適性を維持します。FPCとシリコーンオーバーモールドを組み合わせることで、デバイスの寿命と性能を向上させる堅牢な統合が実現します。

1.部品の小型化

体の輪郭にフィットする薄くて柔軟な回路

機械的損傷や環境の侵入を防ぐカプセル化

衝撃や機械的ストレスを吸収するエラストマー特性

スケーラビリティのための大量生産技術との互換性

この相乗効果により、ウェアラブル デバイスの信頼性が向上し、寿命が長くなり、ユーザーにとってより快適になります。

設計の中核となるのは、優れた熱安定性、機械的柔軟性、そして電気絶縁性を備えたポリイミドやPETなどの高性能基板の選択です。導電パターンは通常銅で作られ、耐腐食性を確保するために金メッキなどの保護コーティングが施されています。

オーバーモールド成形工程では、RTVシリコーンや液状シリコーンゴム（LSR）などの医療グレードのシリコーンエラストマーが使用されます。これらの材料は、生体適合性、弾力性、耐紫外線性、耐薬品性、そして繰り返しの曲げにもひび割れや剥離を起こさずに耐える能力を備えていることから選ばれています。

接着力:

プラズマ洗浄や接着促進剤などの表面処理により、シリコンと FPC 表面間の強力な結合が確保されます。

厚さの最適化:

シリコン層は保護性と柔軟性のバランスをとるように最適化されています。

熱管理:

熱を放散する材料が選択され、動作中の損傷を防ぎます。

初期プロトタイプでは、回路層の積層、部品の配置、シリコンオーバーモールドのテストランを行います。高度なCAD/CAMソフトウェアにより、正確な位置合わせと金型設計を実現します。

製造ワークフローには以下が含まれます。

フォトエッチングまたはレーザー切断によるFPC製造

ピックアンドプレース機を使用した部品組み立て

シリコンオーバーモールドは、金型注入または鋳造によって実行され、均一な被覆と一定の厚さを保証します。

制御された条件下で硬化させて所望の機械的特性を達成する

目視検査、電気試験、環境ストレススクリーニングを含む品質管理

導通および絶縁抵抗試験

現実世界の温度変化をシミュレートする熱サイクリング

回路の完全性を評価するための振動と機械的曲げ

IP試験基準による浸水保護

摩耗中に遭遇する一般的な物質に対する耐薬品性試験

材料の劣化を評価するための紫外線暴露試験

日常の摩耗動作をシミュレートする繰り返しの屈曲テスト

長期的なパフォーマンスを予測するための老化テスト

皮膚接触安全性のための生体適合性評価

世界有数のウェアラブルブランドが、次世代健康モニタリングデバイス向けに、カスタムFPCシリコンオーバーモールドリストバンドを開発するため、SiliconePlusと提携しました。コンパクトな電子統合、耐久性、そしてユーザーが一日中快適に使用できることのバランスを実現することが目標でした。

SiliconePlus は、統合センサーと Bluetooth 通信モジュールを備えた超薄型フレキシブル プリント回路 (FPC) を組み込んだ精密成形シリコン リストバンドを設計しました。

液状シリコンゴム (LSR) オーバーモールド プロセスにより完全なカプセル化が実現し、防水性、衝撃吸収性、長期間の着用に最適な肌に優しい接触面が確保されます。

優れた快適性:医療グレードのシリコン表面は柔らかく、通気性と柔軟性に優れたフィット感を提供し、全体的なユーザーエクスペリエンスを向上させます。

スケーラビリティ: SiliconePlus が開発した LSR 注入プロセスにより、厳密な寸法制御と一貫した電気的信頼性を備えた大量生産が可能になりました。

徹底的なパフォーマンスとユーザー テストを経て、SiliconePlus ソリューションは 12 か月間の連続使用でデバイス障害ゼロを達成しました。

顧客からのフィードバックにより、快適性の向上、信頼性の向上、美観の向上が確認され、FPC とシリコンオーバーモールドの統合がウェアラブルテクノロジー業界における最先端のアプローチであることが実証されました。

ウェアラブルデバイス開発の軌跡は次の方向を示しています。

先進材料の革新：

自己修復回路のための自己修復シリコーンおよび導電性エラストマーの開発

よりコンパクトな設計のためにシリコンカプセル内にセンサーを統合

デバイスの健全性を監視し、故障を予測するスマートカプセル化技術

生分解性材料とリサイクル可能な部品を取り入れた持続可能な製造方法

進行中の進化により、より弾力性があり、快適で、インテリジェントなウェアラブルが実現することが期待されており、FPC とシリコン オーバーモールディングがこの変革の最前線に立っています。