フレキシブルPCBアプリケーション開発

携帯電話用フレキシブルPCB

携帯電話に起こる変更は、特に複数のフレキシブル基板が用いられる場合、すべてのPCB（プリント基板）に変化をもたらします。まず、携帯電話の軽量化と薄型化により、リジッドPCBはフレキシブル回路基板に置き換えられつつあります。携帯電話で利用されるリジッド部とフレキシブル部の面積比は現在およそ80:20ですが、それが20:80になるでしょう。さらに、携帯電話に使用されるリジッドPCBは薄型です。HDI（高密度相互接続）PCB剛性PCBに主に依存している携帯電話の厚さは27mmであるのに対し、フレキシブルPCBを使用しているものはわずか16.8mmの厚さしかありません。

携帯電話のさまざまな位置で使用されるフレキシブルPCBは、それぞれ異なる構造と要件をもたらします。

・キースイッチボード

キースイッチボードは、厚さ0.3mm未満の4層PCBです。このフレキシブル部品は、柔軟性を必要としない表面にLEDや入出力コネクタなどの部品が実装されているため、その表面にはソルダーレジストを適用することができます。この4層フレキシブル基板の曲げ部は、S字状に曲げることができる単層導体です。

・LCM（液晶ディスプレイモジュール）

LCM は、メイン LCD フレキシブル基板とサブ LCD フレキシブル基板で構成されます。前者は両面基板であり、後者は片面基板です。LCD を駆動するために、ベアチップおよび付加的な抵抗・コンデンサはフレキシブル基板上に直接実装する必要があります。ベアチップ IC の接続は一般的に ACF（異方性導電フィルム）に依存しており、フレキシブル回路基板は加熱および加圧する必要があります。そのため、接着剤なしの片面および両面銅箔ポリイミドフィルムを用いるべきです。

携帯電話に使用されるフレキシブルPCBは主にポリイミド基板で構成されており、薄型化、無接着剤、ハロゲンフリーが求められます。さらに、銅めっき、ニッケルめっきおよび金めっき層の耐屈曲性を向上させる必要があり、これによりフレキシブルPCB全体の耐屈曲性の改善に寄与します。

マルチレイヤー柔軟基板の発展を推進するデジタルウェーブ

多層フレキシブルPCBは、電子機器の初期開発段階において、ノートパソコン、メモリーカード、カメラなどに使用されていました。デジタル化の波が押し寄せるにつれ、多層フレキシブルPCBはLCD（液晶ディスプレイ）、DVD光学ヘッド、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどに広く用いられるようになりました。例えば、LCDの接続部は厚さ0.6mmの8層フレキシブル基板で構成されており、デジタルカメラには6層フレキシブル基板が採用されています。

多層フレキシブルPCB設計は、部品、ケーブルコネクタおよび挿入部を一体化するというコンセプトに基づいています。通常、3～10層構成の回路として設計され、最小配線幅／配線間隔は0.075mm／0.075mmです。最小スルーホールめっき孔径は0.25mmで、接続パッドの孔径は0.50mmです。多層フレキシブルPCBは、BUM（ビルドアップ多層）技術によって製造することも可能であり、以下の特長を備えていますblind/buried 経由開口径が0.1mmであるものと、開口径が0.3mmである接続パッド。基板材料としてポリイミドを用いる場合、その厚さは25μmまたは12μmとすることができ、接着用の中間層にはアクリル酸プリプレグまたは含浸済みプリプレグが用いられる。

多層フレキシブルPCBの製造工程で克服しなければならない主な課題には、位置再現性、表面平坦性、および信頼性が含まれる。層間アライメントは高密度多層PCBにとって重要な指標であり、フレキシブル基板の材料として使用されるポリイミドは吸湿性が高いため、寸法変化が生じやすい。このため、積層前後の安定化処理が極めて重要となる。SMD（表面実装デバイス）は主に使用されているPCB組立高い平坦度が要求されます。多層フレキシブルPCBに関する信頼性試験には、主に高温、高湿、高圧試験、高温および低温サイクル（-65°C～125°C）試験、ならびに熱ストレス衝撃（300°C）試験が含まれます。

多層フレキシブルPCBは、フレキシブル基板の曲げ性と部品実装をサポートする能力の両方を備えています。さらに、それはより薄く、より信頼性があります。フレックスリジッドPCBしたがって、多層フレキシブルPCBは、新しい電子製品によって今後ますます広く受け入れられるようになるでしょう。

自動車用フレックスリジッドPCB

自動車には多数の電子部品が搭載されており、その中には250個の専用電子制御デバイスが含まれていて、システム全体を統合するために、それらすべてをPCBと接続用ワイヤで接続する必要があります。小型化と信頼性を実現するために、作動トランスデューサ、エンジン制御ユニット、ブレーキアシスト装置、パワーウィンドウ、駆動システムおよびインテリジェントシステムを含む現在のアプリケーションには、フレックスリジッドPCBを使用すべきです。

さまざまな職種で求められる異なる性能要件に対応するため、フレックスリジッドPCBには「多重曲げ対応フレックスリジッドPCB」と「半曲げ対応フレックスリジッドPCB」の2種類があります。

・マルチベンダビリティ フレックスリジッドPCB

マルチベンダブルなフレックスリジッドPCBは、基材としてPIフレキシブルフィルムを採用し、リジッド部とフレキシブル部で構成されています。

マルチベンダブルなフレックスリジッドPCBは、複数回の曲げが求められる部品に適用されます。その性能に関しては、耐熱性と寸法安定性に重点を置く必要があります。さらに、高温の影響下でスルーホールめっき壁が亀裂を生じるのを防ぐため、プリプレグのZ軸方向のCTE（熱膨張係数）は低く抑えなければなりません。PI接着フィルムに加えて、ノーフローFR4プリプレグも使用可能です。PENまたはPET材料を用いることで、フレックスリジッドPCBは比較的安定した構造を得ることができます。高速伝送と高信頼性を実現するために、LCP材料を選択することもできます。これらの材料を用いたフレックスリジッドPCBは、PI基材を使用する場合に必要となる、実装およびはんだ付け前の乾燥処理を行う必要がありません。

・半折り曲げ可能フレックスリジッドPCB

ハーフベンダブルフレックスリジッドPCBは、組立、リワークおよび保守の際に曲げる必要があるタイプの回路基板であり、コストを削減するために、柔軟性が低い曲げ可能な基材を選定する必要があります。その結果、PIフィルムの代わりに、改良エポキシ系の薄型FR-4基材が採用されます。一般的な両面または多層PCBと同様に、ハーフベンダブルフレックスリジッドPCBは、配線設計および曲げ可能部分の厚みにより一層注意を払う点だけが異なります。

半折り曲げ可能なフレックスリジッドPCBの性能に関しては、一般的なタイプでは導体層が1層のみで、可撓部の高さは16mm、最小曲げ直径は5mmであり、10回以上の曲げサイクルに耐えることができます。 このタイプのフレックスリジッドPCBに対するさらなる要求としては、可撓部が2層の導体を有し、最小曲げ直径が2mmで、10～20回の曲げサイクルに耐えられることが求められます。

ICパッケージ用フレキシブルPCB

IC（集積回路）は、シリコンやゲルマニウムなどの半導体をウェーハに加工し、それをチップに切り出して回路として集積することで製造される。IC は多数のパッケージ形態を生み出し、DIP（Dual In-line Package）、QFP（Quad Flat Package）、PGA（Pin Grid Array）、BGA（Ball Grid Array）、CSP（Chip-Scale Package）、SiP（System in a Package）、MCP（Multi-Chip Package）または MCM（Multi-Chip Module）などに代表されるように、小型化および高集積化とともに発展してきた。

ICパッケージ用PCBはICキャリアボードとも呼ばれ、PCBの一分野である。ICキャリアボードは無機基板（セラミックベース）と有機基板（樹脂ベース）に分類され、有機基板はさらにリジッド基板とフレキシブル基板に分類される。チップがフレキシブル基板に直接実装されると、ICキャリアテープの一種であるCOFが形成される。ICパッケージがBGA、CSP、MCPの時代に入るにつれ、フレキシブル基板は急速に台頭していく。

フレキシブル基板は高密度化および高速化という課題に直面しており、技術的には主に3つの側面に示される。 第一に、回路ピッチがますます微細化していることである。COFテープの最小回路ピッチは30μm（ライン／スペースが15μm／15μm）であり、これは一般的な銅箔エッチング技術ではほとんど実現できない。その結果として、セミアディティブプロセスが一般的に用いられている。 第二に、パッド表面のソルダーレジスト層には、ボール実装や金線ボンディングに適した平坦かつ均一な状態が求められる。通常は錫めっきまたはニッケル／金めっきが施され、柔軟性を維持できる優れためっき層を選定する必要がある。 第三に、基材は低誘電率および低誘電正接を備えた優れた高周波特性を有していなければならない。

フレックスリジッドPCBの応用範囲の拡大

フレックスリジッドPCBは、リジッド基板とフレキシブル基板の2つの部分で構成されています。リジッド基板は、高い強度を持ち、曲げることが困難な硬質の基材から作られています。SMDはリジッド基板上にしっかりと実装することができ、これは多層フレキシブル基板のリジッドエリアが厚みに依存するのとは異なります。リジッドフレックスPCBが直面しなければならない問題には、次のようなものがあります。

•柔軟部は、吸湿性が低く寸法安定性に優れた基材を選定することで、最初に形成されます。ポリイミドCCL（銅張積層板）2層構造のものは、3層構造のポリイミドCCLよりも優れた性能を発揮します。

・リジッド部は主にFR4ベースで構成されています。リジッド部とフレキシブル部の接続は、プリプレグの適用によって実現されます。エポキシ樹脂がフレキシブル部にはみ出すのを防ぐため、エポキシ樹脂の流動がない、またはほとんどない含浸材料が使用されます。

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役立つリソース
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•フレックス・リジッドプリント基板の用途
•フレキシブルおよびリジッドフレックスPCBで組立を合理化し、信頼性を向上させる