PCB技術 - FPCの技術と基本材料について

FPCの基本構成材料は、ベースフィルムを構成するベースフィルムまたは耐熱樹脂であり、次に導体を構成する銅被覆積層板と保護層材料である。

FPCのベースフィルム材料の範囲は、最初のポリイミドフィルムから溶接可能な耐熱フィルムまでである。第1世代ポリイミドフィルムは吸湿性が高く、熱膨張係数が大きいなどの問題があるため、高密度PCB回路に第2世代ポリイミド材料を使用している。

銅被覆積層板

多くのFPCメーカーは通常、銅被覆積層板として購入し、それを出発材料として銅被覆積層板を用いてFPC製品に加工する。第1世代ポリイミドフィルムを用いたFPC銅被覆板または保護フィルム（被覆層フィルム）は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの接着剤からなる。ここで使用する接着剤は、ポリイミドよりも耐熱性が低いため、FPCの耐熱性やその他の物理的財産が制限される。

従来の接着剤を用いた銅被覆積層板の欠点を回避するために、高密度回路を含む高性能FPCは、接着剤を用いない銅被覆積層板を用いた。これまで多くの製造方法がありましたが、現在では次の3つの方法が実用化されています。

1）PCB基板鋳造技術

鋳造技術は銅箔を出発材料とする。液状ポリイミド樹脂を界面活性銅箔に直接塗布し、熱処理して薄膜を形成した。ここで使用するポリイミド樹脂は銅箔に優れた接着性と優れた寸法安定性を持たなければならないが、この2つの要件を満たすポリイミド樹脂はない。まず活性銅箔の表面に接着力の良いポリイミド樹脂薄層（接着層）を塗布し、次に接着層（コア層）に一定厚さの寸法安定性の良いポリイミドを塗布した。これらのポリイミド樹脂の熱物理的財産が異なるため、銅箔がエッチングされると、ベースフィルムに大きな凹みが生じる。これを防止するために、コア層上に接着層を塗布し、ベース層の良好な対称性を得る。

両面銅被覆板を製造するために、接着層は熱可塑性（ホットメルト）ポリイミド樹脂を用い、その後、熱プレス方法を用いて銅箔を接着層に積層した。

2）スパッタリング／電気めっきプロセス

スパッタリング／めっきプロセスの出発材料は、良好な寸法安定性を有する耐熱膜である。初期工程は、スパッタリングプロセスを用いて活性化ポリイミド膜の表面にシード層を形成することである。この種の種結晶層は導体基層との結合強度を確保することができ、同時に導体層の電気めっき用の役割を担うことができる。通常、ニッケルまたはニッケル合金が使用される。導電性を確保するために、ニッケルまたはニッケル合金層上に銅の薄層をスパッタし、銅を所定の厚さに電気めっきした。

3）ホットプレス法

熱プレス方法は、良好な寸法安定性を有する耐熱ポリイミドフィルムの表面に熱可塑性樹脂（熱可塑性接着樹脂）を塗布した後、高温で銅箔を熱溶融樹脂に積層する。ここでは複合ポリイミドフィルムを用いた。

この複合ポリイミドフィルムは専門メーカーから市販でき、製造過程は比較的簡単である。銅被覆積層体を製造する際には、複合フィルムと銅箔を積層し、高温で熱プレスする。設備投資は比較的小さく、小ロット、多品種の生産に適している。両面銅被覆積層板の製造も容易である。

FPCを構成するもう1つの重要な材料元素は保護層（被覆層）であり、現在では様々な保護材料が提案されている。最初の実用的な保護層は、基材と同じ耐熱フィルムをコーティングし、銅張積層板と同じ接着剤を使用した。この構造の特徴は対称性がよく、それは依然として市場の主要部分を占めており、通常は「薄膜被覆層」と呼ばれている。しかしながら、このような薄膜保護層は、加工プロセスの自動化を図ることが困難であり、これは全体の製造コストを増加させ、また、細かい窓加工が困難であるため、近年主流となっている高密度SMTの需要を満たすことができない。

高密度実装の要求を満たすために、近年では感光性保護層が採用されている。銅箔回路に感光性樹脂を塗布し、PCBリソグラフィプロセスを用いて必要な部分の窓を開く。感光性樹脂材料には液体と乾燥フィルムの2つの形態がある。現在、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂に基づく保護層材料は実用化されているが、その物理的財産、特に機械的財産はポリイミドに基づく保護層よりはるかに低い。このような状況を改善するためには、ポリイミド樹脂を使用するか、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂に基づくPCB基板保護層材料の物理的財産を改善するか、PCBプロセスを改善する必要がある。ここで用いられる感光性ポリイミド樹脂は、多層回路形成プロセスにおいて層間絶縁材料として用いることが期待される。