フレックスリジッドPCB製造技術について知っておくべきすべてのこと

軽量化、小型化、多機能化および実装高密度化といった航空宇宙製品の開発動向により、プリント配線板（PCB）の技術および製造プロセスに対して、より高い要求が課されている。フレキシブルPCB柔軟な基材で作られた一種の回路基板であり、一般的な硬質PCBよりも多くの利点を備えています。
・より薄い厚さ
・より軽量
・動的に曲げられる
・3D相互接続組立に対応
・電子設計および機械設計における自由度の向上
・より省スペース

さらに、フレキシブル基板材料の優れた電気特性および熱特性により、フレックスPCB内では電磁信号が高速かつスムーズに伝送されるため、フレキシブルPCBは計測機器、自動車、医療、軍事、航空宇宙など多くの産業分野で広く利用されています。

フレキシブルPCBのさらなる開発と最適化に基づき、その次のステップとしては、フレックスリジッドPCB、埋め込みフレキシブル回路、およびHDIフレックスPCBが挙げられ、その中でもフレックスリジッドPCB最も注目と応募を集めています。したがって本稿では、材料および製造技術に基づいて、フレックスリジッドPCBの特性と応用分野について論じます。

フレックスリジッドPCBの材料

フレックスリジッドPCBの性能は、主にフレキシブル絶縁フィルムとフレキシブル接着フィルムから成る基材の性能に依存している。代表的なフレキシブル基材としてのフレキシブル絶縁フィルムには、一般的にローエンド製品に用いられるポリエステル（マイラー）、最も一般的なタイプであるポリイミド（カプトン）、および主に軍事・航空宇宙製品に使用されるフッ素ポリマー（PTFE）が含まれる。

これら3種類のフレキシブル材料を比較すると、ポリイミドは誘電率が最も高く、優れた電気的・機械的特性と耐高温性を有する一方で、高価で吸湿しやすいという特徴があります。性能面ではポリイミドと類似しているポリエステルは、しかしながら耐高温性が劣ります。ポリテトラフルオロエチレンは、低誘電率を活かして主に高周波製品に使用されます。以下の表は、上記3種類のフレキシブル誘電フィルムの性能比較を示したものです。

フレキシブル接着フィルムに用いられる主要な材料には、アクリル酸、エポキシ、およびポリエステルが含まれる。アクリル酸とポリエステルイミドは、優れた接着性、高い柔軟性、比較的高い耐薬品性および耐熱性を有する。しかし、熱膨張係数が比較的大きいため、その内部厚さは 0.05mm を超えてはならない。エポキシ樹脂は接着性が悪く、主にカバーレイ層および内部層の接着に用いられる。さらに、熱膨張係数が非常に低いため、スルーホールめっきの耐熱衝撃性の向上に有利である。

フレックスリジッドPCBの製造技術

フレックスリジッドPCBの製造技術は、PCB基板の種類の違いに応じてそれぞれ異なっており、その差異を生み出す本質的な技術は、微細回路製造技術とマイクロビア製造技術である。電子製品が軽量・小型化、多機能化および高密度実装へと発展するにつれて、最も注目を集めている先進的なPCB基板には、HDIフレックスリジッドPCBおよび埋め込み型フレックスリジッドPCBが含まれる。

・フレックスリジッドPCB製造技術

フレックスリジッドPCBは、秩序立った選択的なプロセスを通じて製造されますレイヤースタックアップめっきスルーホールによって層間接続を行う、リジッドおよびフレキシブルPCBから構成されます。下図は、フレックスリジッドPCBの基本構造を示しています。

フレックスリジッドPCBの登場により、従来電子機器で使用されていたハーネスやコネクタを置き換えることで、電子製品の体積と重量を効果的に削減することができます。さらに、フレックスリジッドPCBは、ハーネスやコネクタによって引き起こされる接触不良や高熱の問題を解決でき、機器の信頼性を大幅に向上させます。

早くも1970年代には、フレックスリジッドPCBは、フレキシブル基板の上にリジッド基板を積層することで製造されていました。継続的な進歩と最適化により、多数の新しいタイプのフレックスリジッドが誕生しました。PCB製造技術。現在までのところ、最も成熟して実用的なフレックスリジッドPCB製造技術は、ガラス繊維エポキシ樹脂（FR4）を外層のリジッド基板として適用し、ソルダーマスクは、リジッド回路パターンを保護するために適用されます。フレキシブル基材になると、銅張りポリイミド（PI）二層板がフレキシブルコアとして使用され、ポリイミド／アクリルフィルムがフレキシブル回路パターンの保護に用いられます。接着はローフロープリプレグに依存します。これらすべての要素が積層されることで、フレックスリジッドPCBが製造されます。下図は、6層フレックスリジッドPCBの製造プロセスを示しています。

フレックスリジッドPCBは、ハーネスやコネクタの代替として用いることで、接触不良や放熱の問題を解消し、装置の信頼性を向上させることができます。フレキシブル部は任意の角度に自由に曲げることができ、基板全体としても電気的性能および機械的特性において優れた性能を発揮します。そのため、フレックスリジッドPCBは3D実装が可能であり、装置の体積と重量を低減しつつ製品の自由度を高めることができ、繰り返しの屈曲が求められる電子機器に広く適用されています。フレキシブル基材は、非常に優れた誘電安定性を有しているため、高周波信号伝送やインピーダンス制御に適しており、放射線、温度衝撃および過酷な環境に耐えることができ、電子機器の安定動作を保証します。

従来のフレックスリジッドPCBは、比較的低い歩留まりと高密度のため製造が困難であり、故障後の修理も難しい。DuringPCB製造プロセス剛性ベースは高価なフレキシブル基材に埋め込む必要があるため、原材料の廃棄率が高いままであり、製造技術の難易度も同様に高くなる。フレキシブル基材は、比較的高い熱膨張係数と高い吸湿率という特性を有しているため、大面積のフレキシブル基材では寸法公差が累積し、それが回路パターン、積層、ドリル加工、めっきおよびビアクリーニングに影響を及ぼし、歩留まりの低下を招く。一方、埋め込みフレキシブル回路は、このような問題を効果的に低減・回避することができる。

・埋め込みフレキシブルPCB製造技術

埋め込みフレキシブルPCBは、フレキシブル回路ユニットを内部のリジッド基板に埋め込んでからビルドアッププロセスを行うことで作製されます。同一層内ではフレキシブル回路とリジッド回路の間にインターコネクションは存在せず、それらの接続は…に依存します。ブラインドビアおよびベリードビア・埋め込みフレックスリジッドPCBは、フレキシブル回路を大幅に削減でき、基板材料の廃棄率を低減しつつ、HDIおよびリジッドPCBの利点を兼ね備えています。

従来のフレックスリジッドPCBと比較して、埋め込みフレックスPCBは、フレキシブル回路をリジッド基板内に埋め込み、その後積層して製造されます。フレキシブルエリアはフレキシブル回路ユニットよりも大きく、フレキシブル基材の使用率が向上します。同一層内ではフレキシブル回路とリジッド回路の間に電気的接続がないため、スルーホールめっきとリジッド回路との接続を介して、いくつかの先進的な製造技術を容易に実現できます。

ある程度まで、埋め込み型フレックスPCBはフレックスリジッドPCB製造技術における多くの問題を解決します。埋め込みユニットは基板材料の廃棄率を大幅に削減し、フレキシブル基板の使用率を効果的に向上させます。フレキシブル基板材料の性能上の問題は無視できるようになり、リジッド基板の成熟した製造技術をそのまま適用できるため、HDI技術はフレックスリジッドPCB製造においてさらに発展させることができます。

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役立つリソース
•フレックス・リジッド多層PCB製造プロセス
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