フレキシブルPCB製造技術の開発

PIエッチング技術

早くも2005年には、携帯電話への応用に用いられる2層フレキシブルCCL（銅張積層板）に依存したフレキシブルPCBが、15,000mを超える実績を上げていた²出力。通常、フレキシブルCCLに使用されるPI（ポリイミド）基材上へのビア形成および溝加工は、パンチングやドリル加工といった機械的な製造、あるいは新しいレーザー加工によって行われる。高密度のフレキシブルPCB（プリント配線板）回路およびより薄い基材を考慮すると、量産対応とコスト削減のためにはウェット処理技術を導入し、エッチングによってPI基材上にビアおよび溝を形成する方が望ましい。

本節では、PI（カプトン）のエッチング機構について述べる。カプトンは、ピロメリット酸二無水物（PMDA）と DADPE およびイミドとの複合反応によって生成される。エッチング液中のヒドロキシ基がイミドと反応し、PMDA と DADPE を溶解させることで、エッチングが成功裏に進行する。

エッチング工程では、画像を保護するために 2 種類のエッチャントレジストが使用可能である。1 つは、銅導体パターンが PI フィルムを保護する銅エッチングレジストであり、もう 1 つは、フィルム、露光および現像を通じてパターンを保護するイメージング可能エッチングレジストフィルムである。これら 2 種類のエッチングレジストの比較を以下の表にまとめる。

サブトラクティブプロセス、フルアディティブプロセスおよびセミアディティブプロセス

PCB を含むフレキシブルPCB微細配線、マイクロビアおよび多層構造を特徴とする高密度配線（HDI）へと発展する傾向にある。微細配線とは、配線幅および配線間隔がともに0.1mm未満であり、かつピッチが0.2mm未満のものを指す。

高密度微細ラインのグラフィックス生成を検討する場合、技術的手法には次の3つの方法が含まれる。

・減法プロセス

一般的に使用されている銅箔エッチング方法として、サブトラクティブ法は数十年にわたり用いられてきた成熟した技術と見なされている。しかし、高密度微細回路に関しては制約があるため、現在もなお徐々に改良が進められている。サブトラクティブプロセスの中でも、エッチングレジストとしてのシルクスクリーン印刷は、大量生産への適合性、操作の容易さ、低コストといった理由から最も広く用いられている。最も代表的なものは、イメージング可能なドライフィルムエッチャントレジストである。

微細ラインを実現し、エッチャントレジストの解像度を向上させるための第一の方法は、35μm、25μm、15μm、10μmといった薄いドライフィルムエッチャントレジスト層を適用することである。第二の方法は、ウェットフィルム（液状イメージャブルエッチャントレジスト）を適用し、塗布膜厚を10μmから6μmの範囲とすることである。さらに、エッチング能力を向上させる必要がある。一方ではエッチング解像度の安定性を維持することを目的とし、他方ではエッチング装置の改善を目的とする。加えて、サイドエッチングを低減しエッチング精度を確保するために、18μm、12μm、9μm、5μmといった厚さ範囲の薄い銅箔を適用すべきである。

・完全加法プロセス

完全添加プロセスには、次の項目が含まれます。
a. 絶縁基板;
b. 基板材料表面に生成されるシード層。
c. 画像化可能なエッチャントレジスト;
d. 電気めっきグラフィックス;
e. 絶縁層およびビアの製造;
f. 置換銅

フレキシブルPCBの基材としてPIフィルムを用い、絶縁層には感光性PI樹脂を使用する。現在までに、ライン幅およびライン間隔がともに5μmの微細配線が形成されており、ビア径は20μm、さらには10μmとすることも可能である。

・セミアディティブプロセス

セミアディティブプロセスは、サブトラクティブプロセスとフルアディティブプロセスの中間に位置し、次の手順および項目を含みます。
a. 薄いCCLまたは絶縁基板を使用できます。
b. 機械ドリルまたはレーザードリルを実施し、その後無電解銅めっきを行うことでビアとすることができる。
c. 表面にネガティブパターニングが形成される。
d. 次に、パターン部分に銅めっきを施します。
e. イメージ可能なエッチャントレジストが除去される。
f. 銅はエッチングして除去する必要があります。

サブトラクティブプロセス、フルアディティブプロセス、およびセミアディティブプロセスの比較は、以下の表にまとめることができます。

ビルドアップ技術

リジッドHDI PCBの製造技術は主にビルドアップ工法に依存しており、これは多層フレキシブルPCBおよびフレックスリジッドPCBにも同様に適した方法として機能します。

ビルドアップ技術の主な方式には、層ごとのビルドアップ、ブラインドインターコネクト、フルマイクロビア接続、および PALAP（パターンドプリプレグ積層プロセス）が含まれる。ビアの製造方法は、機械ドリル加工、機械プレス加工、レーザードリル加工、プラズマエッチングビア、感光性ビア製造、および化学エッチングに分類できる。

フレキシブルPCBの製造もビルドアップ技術に依存しており、その結果、ブラインドビアおよびベリードビア高密度のスタックドマイクロビアが実現されている。フレックスリジッドPCBの製造はビルドアップ技術に大きく依存しており、その代表的なものの一つがスナップオフ・フレックスリジッドPCBと呼ばれるものである。従来のフレックスリジッドPCBは、中間にフレキシブル層を配置し、その後ビルドアップ製造を行う方法で製造されており、不便な方法と見なされている。一方、スナップオフ・フレックスリジッドPCBは、まずリジッド多層コア基板を製造し、その後ビルドアップ層上に曲げ可能な表面回路を形成し、最終的に部品実装後にリジッド基板を除去することで作製される。

カバーレイの生成

フレキシブル回路のイメージカバーライの生成プロセスにおいては、PIC（フォトイメージャブルカバーライ）を基板表面にラミネートし、その後、露光および現像によって導体インターコネクトパッドを露出させます。この方法では、あらかじめカバーライに打ち抜き加工を行ったり、ビア穴あけ用のウィンドウ開口を設けたりする必要がないため、パターン位置の高い精度が得られます。もう一つの新しい技術はポリイミドのエッチングであり、ポリイミドカバーライまたは基材上にビアを形成するものです。

フレキシブルPCB製造装置の改良

フレキシブルPCBの異なる製造方式に基づき、フレキシブルPCB製造装置はシングルシート方式とロール・ツー・ロール方式の2種類に分類される。フレキシブルPCBのシングルシート製造は、リジッドPCBの場合と同様に行われる。ベースボードはまず一枚ずつに切断され、その後一枚ずつ製造される。製造効率を向上させるために、ロール・ツー・ロール製造がより多く採用されている。片面フレキシブル回路基板の全自動ロール・ツー・ロール製造ラインに加え、両面PCBおよび多層PCBの製造要件に対応するため、単一工程を含む多くのロール・ツー・ロール製造装置が利用可能になっている。

製造の自由度という観点からは、単枚製造の方がより便利である。したがって、単枚フレキシブルPCBの製造装置に注力し、最適化すべきである。重要な課題は搬送装置の改良にあり、これによりより薄いフレキシブルPCBの製造に適したものとなる。

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