アットマークエレ:プリント基板制作に関する技術アイデアまとめ

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フレキシブル基板に必要な材料

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フレキシブル基板を製作するには、多くの材料を組み合わせます。求める機能によっても、組み合わせ方も多種多様です。本稿では、各材料について説明します。

かつてはほとんど選択肢がなかった

 フレキシブル基板という回路製品が実用化されてからしばらくの間、使用できる材料の選択肢はわずかなものでした。加工プロセスもほとんど決まっており、基板製造メーカーは、ラミネートメーカーから銅張積層板を購入し、それをエッチング加工するだけでした。ラミネートメーカーは、外部から基材用のフィルムと導体(銅箔)を購入し、独自の接着剤を調合して、銅張積層板を製作していました。回路の設計者は、ベース材料がポリイミドかPET、導体材料が電解銅箔か圧延銅箔の中から選ぶだけでした。厚さの選択肢は一応ありましたが、範囲は限られたものでした。

1990年代からプロセス、材料の多様化が進む

 1990年を過ぎた頃から、民生用電子機器、特に携帯機器に使われるフレキシブル基板に対する高密度化、多層化の要求が急激に高まりました。それに伴い、新しい加工プロセスの導入、新タイプの材料も開発実用化され始めました。ベース材料や導体材料の種類と厚さの範囲が広がっただけでなく、銅張積層板の種類も増えました。

材料の選択にはプロセスの理解が必要

 多くの新しい材料は、新しいプロセスと密接に関わりあっています。したがって、回路設計者としては、必要とする性能を得られるプロセスを理解した上で、必要な材料を指定することになります。

メーカーの能力の確認も必要

 プリント基板加工メーカーは、すべての面に渡って最先端の加工技術を持っているわけではありません。一般的に、加工能力には得手不得手があり、扱える材料にも制限があります。回路設計者としては、材料を選ぶだけでなく、加工能力を持った加工メーカーの選定も行わなければならないことになります。

フレキシブル基板は材料で決まる

 フレキシブル基板の特徴は曲げられることですが、その機械的な特性はほとんど使用する材料によって決まってしまうといっても過言ではありません。ただ、一口にフレキシブル基板と言っても、これを構成する材料としては、ベースフィルム、導体銅箔、銅張積層板、カバーレイ、補強板、接着剤、めっき金属などがあり、それぞれ異なった機能が求められます。

ベースフィルムは基本構成材料

 そもそもフレキシブル基板が硬質(リジッド)基板と異なるのは、基材(ベースフィルム)として薄いプラスチックフィルムが採用されていることによります。回路を保持するものなので、耐熱性、柔軟性、寸法安定性、電気絶縁性などについて高い性能が要求されることになります。一般的にはポリイミドフィルム、PETフィルムが多く使われていますが、最近新たな性能を持ったフィルムが導入されてきています。

導体銅箔も重要な構成材料

 ベースフィルムと並んで重要な材料が、回路導体となる銅箔です。金属の銅には柔軟性はありませんが、薄く成形してやると柔軟性が出てきます。銅箔には幾つかの異なる製法があり、特性も違っているので、用途によって使い分けします。

実際に加工するのは銅張積層板(後日リンク→)

 一般のプリント基板メーカーでは、銅張積層板を購入し、銅箔をエッチング加工して回路を形成します。銅張積層板には、「1.接着剤ラミネート法」「2.ポリミドキャスティング法」「3.スパッタリング/めっき法」「4.ポリイミド接着剤法」など異なる製法があり、それぞれ素材の構成、厚さ、加工性、性能などが違っているため、目的に応じて適切な材料を選ぶことになります。

カバーレイには三つのタイプ

 回路導体保護の役割をもつカバーレイは、フィルムをラミネートするフィルムカバーレイ、スクリーン印刷する印刷カバーレイ、フォトリソグラフィで微細加工をする感光性カバーレイなどのタイプがあります。これらの材料は、加工方法と性能が全く違っているので、回路に必要とされる性能をよく考えて、適切なタイプを選びます。

補強板の種類はなんでもあり

 補強板は、様々な目的のために、フレキシブル基板に部分的に貼り付けられます。 原理的にはあらゆる固体材料を使うことができますが、現実的にはリジッド基板に使われているガラスエポキシ板や紙フェノール板、またフレキシブル基板のベースに使われているポリイミドシートやPETシートなどがよく使われています。その他にも、ステンレススチール板やアルミニウム板なども使われます。

接着剤にも幾つかのタイプ

 フレキシブル基板の製造には接着剤が使われていますが、大きく分けて三つのタイプがあります。もっとも多いのがエポキシなどの熱硬化性樹脂で、銅張積層板やフィルムカバーレイなどに使われます。次いで多いのが、補強板の貼り合わせなどに使われる感圧性接着剤です。これは両面粘着テープのようなものです。最後は、最近増えてきている、ホットメルトタイプのポリイミド樹脂で、高い耐熱性が要求されるようなところで使われます。

各材料の説明、使用用途については、次項以降で説明をしてまいります。

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