FPC製造技術の発展、FCCLの要求の高まり

PCB メーカー、PCB 設計者、および PCBA メーカーが、FPC 製造技術の開発と FCCL のより高い性能要件について説明します。

新しい分野での FPC の適用が増加するにつれて、その製品構造、製品機能、および製品性能も大きな変化を遂げています。変化の傾向は次のように示されています。 (1) FPC は、1 チップに直接実装された CSP や COF だけでなく、複数の IC で構成された SIP など、IC 基板のアプリケーションで広く使用されています。フレキシブル基板としてパッケージ化。 (2) FPC 多層およびリジッドフレックス PCB が急速に発展しました。 (3) FPC回路図の微細化。 (4) フレキシブル基板内蔵部品の開発成果が出ている。 (5) FPCの急速なハロゲンフリー化、鉛フリー化への対応。 (6) フレキシブル基板の構成は、信号伝送速度の高速化に対応するために開発が進んでいます。

上記の開発動向は、FPC 基板材料に対するより高度で新しい性能要件を提唱しています。性能に対する新しい要件は、高周波 (低誘電率)、高柔軟性、高耐熱性 (高 TG)、高寸法安定性、低吸湿、ハロゲンフリーなどの特性に重点を置いています。

multi-layer FPC

1. 高密度FPCへの対応

現在、FPCの製造方法は主にサブトラクション法です。使用される基板材料は FCCL です。高密度 FPC の開発により、片面 FPC の導体距離は 100um から 50um 未満に短縮されています。両面FPCの導体間隔も200umから100um以下に縮小。スルーホール（TH）の穴径が300umから100um未満に変更されました。スルーホール（IVH）の直径は一般的に100umです。最近、50umのIVH直径が設計および製造されました。ワイヤ幅とワイヤ間隔の微細化には、使用する FCCL をより薄くする必要があります。具体的には、FCCL 構造の絶縁層 PI フィルムの厚さを 25um 未満に減らす必要があります。それによって形成される回路の導体層 (主に銅箔) は、元の 35um から 17.5um、12um、9um、さらには 5um に縮小されます。 FCCLは、微細回路の製造にも有利な薄い銅箔を使用します。しかし同時に、FCCL の薄い絶縁層と導電層 (銅箔) により、FPC 製造工程でプレートが破損および損傷しやすく、結果として不適合品が増加します。したがって、FPC 製造プロセスの設計において、この問題を解決することは非常に重要です。 FPC生産の輸送工程では、工程や設備の改善が必要です。

2.高い柔軟性

最近の液晶ディスプレイや高画素デジタルカメラの登場により、使用するソフト基板の細線化・線数化が進んでいます。これにより、FPC 設計は両面 FPC または多層 FPC のようになります。また、使用される FPC の幅はわずか数ミリです。一般的に両面FPCは片面FPCに比べて屈曲性が劣ります。両面FPCに繰り返し曲げと屈曲が加わると、回路図に同時に大きな引っ張り応力と収縮応力が発生します。したがって、曲げ特性を改善する問題を解決するために FCCL の組成に特殊な基材を使用する方法は、FCCL 業界が直面する新しいトピックになっています。

近年のFPCの適用環境や手法の変化に伴い、システム特性の向上が技術開発の新たな課題となっています。高い柔軟性が要求される FPC は、一般的に、オーディオ電子製品およびコンピュータの CD/DVD/HDD カートリッジヘッドに適用されます。しかし、近年、カーナビゲーションシステムの普及に伴い、FPCが車載用途に使用されるようになりました。家庭環境に比べ、車両環境は周囲温度条件が厳しい。主に、FPC の使用環境が高温下にあることが示されています。特にカーエレクトロニクス製品のHDD部品は、60℃近い周囲温度で長時間動作します。

近年の携帯電話や小型電子製品の技術発展に伴い、FPCの高屈曲特性に対する要求はますます厳しくなっています。特に、電子製品に使用される電子部品やCPUは、機能の増加に伴い発熱量も大幅に増加しています。このようにして、機械全体の平均作業温度が上昇します。そのため、FPCの高温での柔軟性は、機械全体に求められる重要な項目となっています。

別の例として、ノートパソコンや自動車用電子製品では、製品全体を連続して使用している間に、その作業環境温度が 80 ℃ に達することさえあります。使用するFPCは常温で高い柔軟性が得られますが、高温になると接着剤が軟化し、貯蔵弾性率が低下するため、FPCの柔軟性が低下します。曲げ加工の際、銅箔にも応力の蓄積が生じます。そのため、FCCLでは、基板の反りや割れを抑えることが非常に重要な課題となっています。

FCCL の 3 層接着剤は、FCCL のフィルムと銅箔の間の結合として機能します。曲げ特性を測定する環境温度が接着剤のTgを超えると、接着樹脂の貯蔵弾性率が低下し、接着樹脂の軟化によりFCCLの曲げ特性が低下します。 FCCLを曲げると銅箔にも応力の蓄積が生じ、阻害により板の反りが悪化します。 FCCL が曲げられると、銅箔にも応力が蓄積され、阻害によって基板にプレートの反りやクラックが発生します。そのため、耐熱性が要求されるFCCLの開発において、接着剤のTgを向上させることは非常に重要な課題となっています。高 Tg 接着剤を使用した FCCL と通常の接着剤の曲げ特性の実測値は、室温では変わらないが、高温高湿では大きく異なる。

3.高周波

FPCに搭載される電子部品の情報量や伝送速度は常に向上しているため、FCCL自体の高速・高周波特性を向上させるためには、フレキシブル銅張積層板の構成材料を常に更新・改良する必要があります。 .

4. 高Tg

近年、高TgFPC基板材料の需要はますます強くなっています。主な理由は次のとおりです。

(1) 電子製品に使用される電子部品やCPUの高機能化に伴い、発熱量も大幅に増加しています。これにより、製品全体の平均使用温度が上昇します。そのため、FPCの基板材料には、より高い耐熱性が求められています。

(2) 高信頼性を確保するためには、高密度実装を実現できるFPCやその回路グラフィックスの耐イオンマイグレーション性(CFA)の確保がより重要です。 FPC基板の高い耐熱性は、耐イオンマイグレーション性の向上に貢献します。

(3) 応用分野の拡大に伴い、高TgのFPC基板材料の需要がますます高まっています。例えば、FPCの表面に直接設置されるCOFは、フレキシブル基板に高い耐熱性を要求し、FPCにチップを直接接続するための高い信頼性と高い製品認定率を得るために必要です。

5.ハロゲンフリー

世界のハロゲンフリー3層FCCLの開発は、リジッドFR-4 CCLの開発よりも一般的に遅いです。主な理由は、PFC 工場は一般に、ハロゲンを含まない FCC 製品の価格が、従来の臭素を含む FCC 製品の価格よりも高くならないようにする必要があるためです。また、その耐熱性と寸法安定性は、臭素を含む FCCL 製品のそれよりも低くあるべきではありません。ハロゲンフリーの 3 層 FCCL を実現するという点では、一般にハロゲンフリーのエポキシ樹脂接着剤は柔軟性、耐熱性、および各種信頼性に悪影響を及ぼすため、FCCL 用のハロゲンフリーのエポキシ樹脂接着剤の開発はより困難です。

調査結果によると、ハロゲンフリーFCCの使用に対するFPCメーカーの態度は、4つのタイプに分けられます。そのうち、ハロゲンフリーのFPC製品を電子・通信製品全般に採用しているメーカーは、調査対象メーカー全体の14%を占めています。完成機の電子機器や通信機器のメーカーの過半数が「一部ハロゲンフリー」という姿勢をとっており、調査対象メーカー全体の42%を占めています。

今年は、高密度FPC、多層FPC、ソフトとハードのボンディング基板、積層方式による多層FPCの製造技術が大きく進歩しました。これにより、FPC 製造における FCC 品種の選択は、FPC に適した高密度、高柔軟性、高周波 (低誘電率)、高耐熱 (高 Tg) などの FCC 製品を採用する傾向が強まります。 PCB メーカー、PCB 設計者、および PCBA メーカーが、FPC 製造技術の発展と FCCL のより高い性能要件について説明します。