ある種のFR4セミフレキシブルPCBの製造技術

携帯電子機器製品の小型化という開発動向に後押しされて、フレックスリジッドPCB（プリント基板）は広範な分野で使用されるようになっている。さらに、PCB業界はますます厳しい競争に直面しており、その結果、フレックスリジッドPCBの製造技術の進歩が最も重視されている。フレックスリジッドPCBの製造工程は複雑であるため、リジッドPCBの製造を専門とする一部のPCBメーカーは、フレキシブルPCB製造の要求を満たすことができない。本稿で紹介するFR4セミフレキシブルPCBは、柔軟性、3D実装能力、および曲げ可能性を特徴とする一種の回路基板である。

FR4セミフレキシブルPCBの特性

・FR4セミフレックスPCBは柔軟性を備えており、3D実装が可能で、スペースの制約に応じてその形状を変えることができます。
・FR4セミフレックスPCBは、信号伝送に影響を与えることなく曲げることができます。
・対象製品の設計に基づき、組立工場での作業工数やミスを削減し、製品の寿命を向上させることができます。
・製品の体積は縮小され、重量は大幅に軽減され、機能は増加し、コストは削減されます。
・FR4セミフレックスPCBは製造手順が簡単であり、リジッドPCBメーカーの現行の製造能力と互換性があります。

FR4 セミフレキシブル PCB 製造手順

フィラーを含むFR4中Tg材料を基板材料として適用し、機械加工によるミーリング溝で製造される6層リジッド・セミフレキシブルPCBを製作する。残りの厚さは0.25mm±0.025mmの範囲に維持されるよう管理しなければならない。さらに、FR4セミフレックスPCBは、亀裂が発生することなく90°の曲げを10回以上行える性能を有していなければならない。

FR4セミフレックスPCBの製造手順には、材料の裁断、ドライフィルムコーティング、AOI（自動光学検査）、ブラウニゼーション、ラミネーション、X線検査、穴あけ、電解めっき、パターン転写、エッチング、シルクスクリーン印刷、露光および現像、表面仕上げ、深さ制御加工、電気検査、FQC（最終品質管理）、梱包。

FR4セミフレキシブルPCB製造工程における主な問題とその解決策

FR4セミフレックスPCBで発生する主な問題は、深さ制御ミリングの精度と公差をどのように管理するかという点にあります。材料構造および特性の影響により、リジッドPCBは、3D実装後に樹脂クラックや油の剥離といった潜在的な品質リスクとみなされうる不具合を生じさせることなく、優れた性能を発揮できる十分な柔軟性を備えていなければなりません。したがって、深さ制御ミリング工程においては、基板厚みの均一性、プリプレグ厚み、樹脂含有量およびミリング公差を十分に考慮し、最適な残し厚みの範囲を定義する必要があります。

・深さ制御フライス加工試験A

残厚のミーリングはマッピング方式で実施し、残厚 0.25mm、0.275mm、0.3mm にそれぞれ加工した後、基板に対して 90° 曲げ試験を行う。残厚 0.275mm および 0.3mm のいずれも要求を満たさなかった。断面観察の結果、基板がフレキシブル性を満たさない主な原因はガラス繊維束の損傷にあることが判明した。残厚が 0.283mm に達した時点で、ガラス繊維はすでに損傷を受けている。したがって、ミーリング深さは、基板厚、ガラス繊維厚、および誘電体の状態を考慮して設定する必要がある。ソルダーレジスト表面から L2 層銅箔までの厚みが 0.188mm～0.213mm の範囲であるため、残厚が 0.275mm を超えると信頼性要求を満たすことができない。

・深さ制御ミリング試験 B

上記のテストおよび断面解析に基づくと、ソルダーレジストとL2の間の銅の誘電体厚さは0.188mmから0.213mmの範囲にあり、残り厚さが0.283mmを超えると90°曲げは不可能となる。したがって、残り厚さを0.245mm±0.213mmの公差範囲内に管理すれば、機械加工を実施することができる。パネルサイズが比較的大きい（400mm×450mm）ため、残り厚さを維持するマッピング方式では、板厚および反りの影響により装置と完全に適合させることができない。それにより、残り厚さの均一性が直接低下する。

・深さ制御ミリング試験 C

サイズの縮小は、基板の反りおよび装置の均一性に対して前向きな効果をもたらします。パネルはまず試作され、6.3"x10.5" の設定サイズに従って深さ制御ミリングが実施されます。その後、装置の均一性は、縦横 20mm 間隔のマッピングポイント測定によって評価されます。

FR4 6層セミフレキシブルPCBの製造に基づき、機械的に深さを制御し残りの厚さを維持するための特別な製造方法が適用・開発されています。その結果、製造手順は簡素化され、その他の工程は通常のパラメータに準拠します。深さ制御による残り厚さの公差は±20μmの範囲内に維持されています。

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