フレキシブル PCB 材料と製造の進歩

近年、フレキシブル PCB (プリント基板) の世界は大幅な成長と技術進歩を遂げています。これらの開発は、柔軟性、薄さ、軽量設計の固有の利点により、市場シェアの増加と用途の拡大につながりました。この包括的な記事では、フレキシブル PCB に使用される主な材料、その性能向上、およびフレキシブル PCB 製造技術の進化の状況を探ります。

基板材料による性能向上

フレキシブルプリント基板の性能は、使用される基板材料の特性に大きく左右されます。基板は導体の担体と回路間の絶縁媒体の両方の役割を果たすため、極めて重要な役割を担います。さらに、フレキシブルプリント基板にとって不可欠な、曲げたりカールさせたりする能力も必要です。

フレキシブルプリント基板に一般的に使用される基板材料としては、ポリイミド（PI）フィルムとポリエステル（PET）フィルムがあり、その他にもポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、アラミドなどのポリマーフィルムが使用されています。基板材料の選択は、その性能と費用対効果を慎重に評価した上で行う必要があります。

ポリイミド(PI)フィルム

熱硬化性樹脂であるポリイミド フィルムは、フレキシブル銅張積層板 (FCCL) の主要な基板材料です。ほとんどの熱硬化性樹脂とは異なり、PI は高温でも軟化したり流動したりしないため、フレキシブル PCB に非常に適しています。 PIは高い耐熱性と優れた電気特性を誇ります。ただし、吸湿性や引き裂き強度の点で欠点があります。アップグレードされた PI フィルムの吸湿率は、通常の 0.7% と比較して 1.6% と大幅に低くなります。また、寸法安定性も向上し、公差は ±0.04% から ±0.02% に減少しました。

ポリエステル(PET)フィルム

PET 樹脂は、良好な機械的および電気的性能を提供します。その主な制限は耐熱性が低いことであり、直接はんだ付けや組み立てプロセスには適していません。ただし、ポリエチレン ナフタレート (PEN) の性能は PET より優れていますが、PI の品質には及ばないため、一部の用途では適切な代替品となります。

液晶ポリマー (LCP)

小型RFおよび高周波フレキシブル基板設計の場合、HighleapはLCP基板製造プロジェクトとフレキシブル基板の積層構造およびアセンブリパッケージを併せて検討することも可能です。

ポリイミド基板の限界に対処するために、液晶ポリマー (LCP) が有望な代替品として浮上しています。 LCP は、PCB に適した薄膜に加工できる熱可塑性材料です。吸湿率が低く(0.04%)、比誘電率が2.85(1GHz)であるため、高周波デジタル回路に適しています。高周波適合性、熱寸法安定性、低吸湿性などの LCP の特性により、フレキシブル PCB の製造に採用されています。

ハロゲンフリー基板材料

電子機器業界では、環境責任への意識が高まっています。RoHS指令（有害物質使用制限指令）やWEEE指令（廃電気電子機器指令）などの規制により、電子機器における有害物質の使用が禁止されました。その結果、環境要件に適合したハロゲンフリーの基板材料が開発され、現在ではリジッド基板とフレキシブル基板の両方で広く使用されています。

進化する基板材料

フレキシブル基板の需要が拡大し続ける中、フレキシブル回路の性能をさらに向上させる新たな基板材料の研究開発が進められています。世界中で2000種類以上もの適用可能なプラスチックフィルムが存在することを考えると、フレキシブル基板設計の限界を押し広げる材料の発見には、間違いなく大きな可能性が秘められています。

フレキシブル PCB における接着剤の役割

特定の接着システムを必要とするポリイミドフレキシブル基板の製造においては、製造開始前に、デュポン社のPyralux LFフレキシブル回路製造プロセスが材料固有の有用な参考資料となります。

接着剤は銅箔と基板材料フィルムを接着する役割を担うため、フレキシブル PCB では重要なコンポーネントです。接着剤はPI樹脂、PET樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂などに分類されます。中でも、接着力が高いことから変性エポキシ樹脂やアクリル樹脂がよく使われています。

2層PI基板材料

従来のフレキシブル銅張積層板 (FCCL) は通常、ポリイミド、接着剤、銅箔の 2 つの層で構成されています。ただし、接着層は、特に電気的性能や寸法安定性の点で、フレキシブル PCB の性能に悪影響を与える場合があります。この問題に対処するために、接着剤を使用しない 220 層フレキシブル CCL (260L-FCCL) が開発されました。この進歩により、フレキシブル PCB の環境適合性が向上するだけでなく、温度しきい値が 300°C から 2 ～ 3°C に上昇することにより、鉛フリーはんだ付けの要件も満たされます。接着剤なしの 1L-FCCL と接着剤ありの XNUMXL-FCCL の比較を以下の表 XNUMX に示します。

2L-FCCL の製造には通常、次の XNUMX つの方法が使用されます。

1. 電気めっき
2. フィルムコーティング
3. ラミネート加工

各方法にはそれぞれ利点があり、特定の要件に基づいて選択されます。たとえば、電気めっきは圧延生産やより薄い基板材料に適しており、コスト効率の高いソリューションを提供します。フィルムコーティングは大量生産に最適であり、コスト効率が優れています。一方、ラミネート加工は両面基板の製造に優れています。

液晶ポリマー (LCP) 基板材料

液晶ポリマー (LCP) は、ポリイミド基板の限界に対処しようとする比較的新しい基板材料です。 LCP フィルムは銅箔でコーティングされ、ホットプレスされて片面または両面の銅張積層板 (CCL) が作成されます。 LCP ベースの CCL は、わずか 0.04% という低い吸水率や、高周波デジタル回路と互換性のある誘電率 (2.85GHz で 1) など、優れた特性を備えています。 LCP の特性により、フレキシブル PCB の高周波アプリケーションに最適です。

ハロゲンフリーのフレキシブル基板材料

環境規制により、エレクトロニクス業界はハロゲンフリーの基板材料への移行を余儀なくされています。 2003 年以来、EU は RoHS および WEEE 規制を導入し、XNUMX つの有害物質の使用を制限し、廃電子および電気機器の処理を規制しています。これらの規制は、フレキシブル PCB を含む PCB で使用される材料に影響を与えています。その結果、FCCL、カバーレイ、プリプレグ、ソルダーマスク、補強ボードなどのフレキシブル PCB のさまざまなコンポーネントは、耐火性とハロゲンフリーの要件を満たす必要があります。

銅箔の進歩

導電性はフレキシブル PCB の重要な特性であり、銅箔が主要な導電材料として機能します。銅の他に、アルミニウム、ニッケル、金、銀などの合金素材が使用されることもあります。銅箔の選択は、特定の用途と製造方法によって異なります。

電着(ED)銅箔

ED 銅箔は、フレキシブル PCB で最も一般的に使用される導電材料の 1 つです。魚鱗状の結晶構造が特徴で、滑らかで靭性に優れた銅箔が得られます。 ED 銅箔は、高い柔軟性を必要とする動的フレキシブル PCB に最適です。

圧延焼鈍（RA）銅箔

一方、RA銅箔は柱状の結晶構造を持ち、均一で平坦な構造となります。このタイプの銅箔は、粗化およびエッチングプロセスに最適です。 RA 銅箔は、高密度フレキシブル PCB でよく使用されます。

銅箔の新たな需要

40μmから50μmの範囲のよりファインピッチの高密度フレキシブルPCBの需​​要が高まるにつれて、銅箔の製造にも新たな要件が課せられています。これらの要件には、PCB の大量生産のニーズを満たすための、低い表面粗さと極薄銅箔が含まれます。

導電性銀ペースト

フレキシブル PCB の製造では、導電性インクを使用し、これを絶縁フィルム上に印刷してワイヤまたはシールド層を作成します。この目的に使用される主な材料は導電性銀ペーストです。印刷された導電層が低抵抗を示し、確実な接続を確保し、柔軟性を維持することが重要です。さらに、印刷プロセスは簡単に実行可能であり、硬化が迅速である必要があります。

最新の導電性銀ペーストはこれらの要求を満たし、熱硬化性または熱可塑性ポリマーフィルム、布地、紙上に導電性パターンを形成できるようになります。このテクノロジーは、RFID 製品で使用されるグラフィックスの作成にも拡張されます。導電性銀ペーストを使用した最終製品は、高温保管、耐湿性、高温および低温サイクル性能について厳しくテストされます。導電性銀ペーストは、環境保護要件とコスト効率に適合します。

感光性ポリイミド (PI) カバーレイ

従来の PI/接着剤カバーレイは、高密度、寸法安定性、環境に優しいフレキシブル PCB の要件を満たすのに限界に直面していました。これに応えて、Photo-Imageable Coverlay (PIC) が開発されました。 PIC は変性エポキシまたはアクリル樹脂を使用しており、高解像度、優れた接着強度、柔軟性により人気を集めています。ただし、これらの PIC には、高密度 PCB での低い寸法安定性、低いガラス転移温度 (Tg)、制限された熱抵抗などの制限があります。

結論

フレキシブル PCB は、材料と製造技術の点で大きな進歩を遂げてきました。基板材料、銅箔、導電性ペースト、カバーレイの進歩により、高密度、高周波、環境に優しいフレキシブル PCB の新たな可能性が開かれました。フレキシブルエレクトロニクスの需要が高まるにつれ、継続的な研究開発努力が材料とプロセスのさらなる革新につながることは明らかです。

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