フレキシブルPCBの発展機会と課題

電子製品の小型化および多機能化の発展傾向は、PCB（プリント基板）製造技術を高密度、高精度、小型化および高速化の方向へと確実に推し進めている。フレキシブルPCBは、柔軟性を有する基材に依存し、折り曲げが可能であるため、軽量かつ小型という特長を持ち、近年、電子製品への応用がますます増加している。フレキシブルPCB製造技術の継続的な向上に伴い、フレックスリジッドPCBやHDI（高密度相互接続）フレキシブルPCBといった先進的なPCBも、その製造技術において急速な進歩を遂げている。

さらに、スマートフォンやタブレットPCといったインテリジェント端末電子機器の台頭と普及に伴い、フレキシブルPCB、フレックスリジッドPCBおよびHDI PCBに対する需要も明らかに増加している。PCB業界に関して言えば、フレキシブルPCBが今後の注目分野になることが予見される。PCB基板の発展は、材料および技術の発展と密接に関連しているため、本稿では新材料および新技術の観点から、フレキシブルPCBが直面する発展機会と課題について論じるとともに、フレックスリジッドPCBの発展動向についても述べる。

新素材・新技術の発展動向

フレキシブルPCBの革新は、新材料の発展に大きく依存している。絶縁基材、接着剤、金属箔、カバー層および補強板における材料の革新はすべて、回路基板がより高い性能を実現することを後押ししている。フレキシブルPCBの製造にはあらゆる材料に対してより高い要求が課されるため、多様な材料システムがメーカーに対して複数の選択肢と組み合わせを提供することになる。材料特性は主に、CTE（熱膨張係数）、吸水率、柔軟性の程度、および屈曲寿命として現れる。

PCB業界では、新素材と新技術は通常互いに発展を促し合っており、性能に対する要求がより高いフレキシブルPCBにおいてその効果が最大限に発揮されます。例えば、PCBイノベーションの中核技術の一つであるマイクロビア形成技術は、エッチング、めっき、接続など他のいかなる技術よりも速いスピードで進歩しています。フレキシブルPCBにおけるマイクロビアの製造プロセスでは、各層に用いられる異なる材料の機械的強度および変形係数を慎重に考慮し、ビア形成に起因する変形を予測しなければなりません。最終的に、精度の高いマイクロビアが問題なく製造されます。

フレキシブルPCB技術はフレキシブル基材を活用しているため、近年普及してきたプリンテッドエレクトロニクス技術と互換性があり、かつ相補的な関係にある。そのため、付加プロセスとしての印刷技術をどのように活用して回路基板を製造するかは、フレキシブルPCB業界が注目すべき新たな課題である。したがって、プリンテッドエレクトロニクスを利用するにあたっては、PCB材料とPCB製造技術、およびインクと基材との間の適合性に対して厳格な要求が課される。

材料および技術の進歩により、フレキシブルPCBの応用範囲はさらに拡大する可能性があります。例えば、現在の市場で主流となっているLED PCBは、リジッド基板と金属バックプレーンを組み合わせた設計に依存しています。材料の耐熱特性が最適化されるにつれて、フレキシブルPCBは薄型・軽量のLED製品に適用されるようになります。フレキシブル回路基板のもう一つの顕著な応用分野は自動車用PCB現在まで、自動車用電装部品は主にワイヤ接続が利用されてきましたが、それと同等の薄型フレキシブルPCBはワイヤよりも70％軽量です。高分子材料の研究開発におけるブレークスルーにより、高温で安定して動作できる範囲は、現在の100°Cから125°Cを経て、200°C以上へと向上しています。高効率で優れた電気的誘導および制御性能に加え、フレキシブルPCBは自動車への適用がさらに進み、重要な役割を果たすことになるでしょう。

フレックスリジッドPCBの開発動向

フレキシブル基板とリジッド基板の両方の利点を兼ね備えていることから、フレックスリジッドPCBは電子製品に広く用いられています。本稿の前半で述べたフレキシブルPCBに関する開発上の課題は、フレックスリジッドPCBの製造技術にも同様に適用されます。さらに、フレックスリジッドPCBではより多くの材料差異が関係してくるため、技術的な課題のほとんどは材料の組み合わせ選定に起因します。例えば、多層ラミネーション工程においては、各層材料の全方向におけるCTE（熱膨張係数）の差異を、補強板の適用と合わせて慎重に検討する必要があり、そのうえで変形補償を行うことで、高精度な位置合わせラミネーションを実現することができます。

一方で、フレックスリジッドPCBの構造設計も、その発展におけるホットな話題となっている。一般的に言えば、同等の機能を持つフレックスリジッドPCBには、数多くの設計案が存在し得る。実際の設計は、製品の信頼性、占有スペース、重量および組立の複雑さなどを含む総合的な観点から出発すべきである。さらに、最適な設計を行うためには、採用率が最も低いプログラムを用いることを前提として、メーカーの製造能力および材料要素も考慮に入れなければならない。例えば、一般的な3層から8層のフレックスリジッドPCBは、次のような利点を活用できる可能性がある。フレキシブルCCL（銅張積層板）接着剤を使用する場合と使用しない場合があります。同様に、フレックスリジッドPCBのフレキシブル部のカバー層には、さまざまな構造があります。

フレックスリジッドPCBのもう一つの研究開発動向は、部品内蔵プリント基板製造ほとんどの状況において、抵抗およびコンデンサの埋め込みは、フレキシブル領域の性能に影響を与えないよう、リジッド領域内で行う必要がある。この用途は、材料に対して二度目の厳格な要求を課すことになる。さらに、フレキシブルPCBはCSP（チップスケールパッケージ）技術に適しており、部品埋め込み型PCB構造は、パッケージング技術に対して新たな課題と要求を突きつけている。

フレキシブルPCBの将来の展望

フレキシブルPCBは、超薄型化および高密度化の方向へ発展していき、それに伴い新技術の導入によって材料、技術、装置の面でさらなる進歩が促されることになる。今後の短期的および長期的な将来において、フレキシブルPCBの発展は以下の側面を中心に進むと予見される。
・より薄く、より軽量なPCB構造。
・より高速なデータ処理速度
・より高い動作温度
・より高い密度と多機能性
・より大きな面積で、柔軟性に対する耐性に優れたPCB
・コンポーネントの埋め込み
・回路および光路のハイブリッド基板
・プリンテッドエレクトロニクス対応。

与えられた機会により、すべてのアプリケーションに対する期待は、～の観点から極めて大きな課題をもたらしているPCB材料そのため、技術とデザインの分野において、PCB業界で長く発展していくためには、技術革新と自社開発にこだわることが欠かせない原則となります。

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