高機能フレキシブル基板を使った実装技術

２０１１年１１月２２日 長野実装フォーラム『よくわかる実装技術講座』 高機能フレキシブル基板を使った実装技術 配線基板からフレキシブル・エレクトロニクスへ ＤＫＮリサーチ　ＬＬＣ 沼倉研史 Haverhill, MA, U.S.A. www.dknresearch.com www.me.web.com/dnumakura/ ＤＫＮリサーチは マイクロエレクトロニクス、パッケージングで 世界をリードするエンジニアリング企業グループです。 製品設計から、材料、製造技術、電子回路、応用技術まで 幅広いサービスを提供しています。 特にフレキシブル・エレクトロニクス やプリンタブル・エレクトロニ クスの分野では、幅広い実績 に基づいて、お客様のニーズ 合った新しい技術をカスタム メイドで開発いたします。 需要が拡大するフレキシブル基板 世界全体で１兆５千億円の市場 携帯電話、スマートフォン パーソナル・コンピュータ、タブレットＰＣ デジタル・カメラ ＡＶ機器、ＣＤ、ＤＶＤ、薄型テレビ ディスプレイ、ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＯＬＥＤ、電子ペーパー モジュール、ＨＤＤ 航空宇宙機器 医療健康機器 その他 様々なタイプのフレキシブル基板　高密度フレキシブル基板
フレキシブル基板の特徴
フレキシブル基板とは、基材に柔軟性があり、全体、もしくは一部を曲
げることができる印刷回路配線板。 その特徴は、
＊曲げられる
３次元配線、コネクタレス
扱いずらい、低い信頼性
＊薄い
軽い、小さなスペース
歩留まりが悪い、値段が高い ＊＊新しい機能が生まれる
＃どうすれば柔らかくなるか？ →　柔らかい材料を使う。基材を薄くする。 フレキシブル基板　片面回路構成
フレキシブル基板　片面回路構成
従来のフレキシブル基板は
薄いプラスチックフィルムに銅箔で回路形成
個別部品をはんだ付け搭載
一部は導体を印刷して厚膜回路を形成
個別部品を導電性接着剤で搭載
フレキシブル基板のゴールがフレキシブル・エレクトロニクス
しかし、それだけではない！！
より大きな可能性を持つ
改めてフレキシブル基板の特徴を考えてみると 薄いこと、曲がることことが基本 派生的に ＊軽くできる ＊三次元配線ができる ＊狭いスペースに高密度配線 ＊コネクタを省ける ＊接続工程を省ける ＊長い屈曲寿命 ＊設計の自由度を高めることができる ＊誤配線を防ぐ ＊トータルコストを下げられる（？）
＊重量物を保持できない ＊扱いが面倒 ＊設計が難しい ＊電子部品実装が難しい ＊歩留まりが低い ＊修理が難しい ＊値段が高い
値段を比べれば、フレキシブル基板は使えない。 硬質基板の代替品とはならない。 フレキシブル基板でなければならないところに使う。 次に、目標価格を満足できるかどうかを考える。 すでに多くの実績を持つフレキシブル基板 デジタルカメラのフレキシブル基板
携帯電話のフレキシブル基板
天体望遠鏡イメージセンサのフレキシブル基板
液晶ディスプレイのドライバーモジュール 液晶ディスプレイのドライバーモジュール Fig.1 Fine Trace Trends with Flexible Substrates
(2007, DKN Research)
Trace pitch (microns)
250
200
S/S Flex
150
D/S Flex
S/S TAB
100
D/S TAB
50
0
Year
ナノ・エレクトロニクス
Ｓｉ／Ｃｕエレクトロニクス
フレキシブル ・エレクトロニクス
エラスティック ・エレクトロニクス
プリンタブル（印刷） ・エレクトロニクス
オルガニック（有機） ・エレクトロニクス
カーボン ・エレクトロニクス
プラスチック ・エレクトロニクス
ポリマー（高分子） ・エレクトロニクス
様々な新しいエレクトロニクスの関係 （実際にはそれほど新しいわけではない） フレキシブル基板はフレキシブル・エレクトロニクスの一部
フレキシブル基板の技術の流れ
高密度に、高機能に（しかしサイズは小さくならない）
System on Flex　(Flexible Electronics) Module on Flex Chip on Flex (COF) SMT on Flex Lead Parts on Flex Cable Func>ons of Flex Circuit Interconnec>on Density ブックバインダー型リジッド・フレックス
航空宇宙用
フォールディング型リジッド・フレックス
複雑な形状のフレキシブル基板 (1990’s) カメラ用 ＨＤＤ用フレキシブル基板　片面回路ＳＵＳ補強板、ＩＣ実装付き
フライイングテール型、ブックバインダー型、
フォールディング型、その他
実際の例で考えてみる。
iPod
Mul> chip module with rigid/flex for medical use ＃＃厚膜タイプのフレキシブル基板は若干異なる。
従来は単純な片面回路だけだったが、技術の進歩により両面スルーホール
回路はもちろん、複雑な多層回路も簡単な（安価な）プロセスで製造できるよう
になった。 機能部品回路の形成が容易。
フレキシブル・エレクトロニクスにとっては使いやすい技術。 機能部品を作り込むのが容易なため。 フレキシブル機能デバイス形成の主要技術に。 電子レンジのタッチパネル
プリンタブル・エレクトロニクス技術の例 （メンブレン・スイッチ）
フレキシブル・エレクトロニクスでは フレキシブル基板の特徴が踏襲される。 薄いこと、曲がることが基本 ＊軽くできる ＊三次元配線ができる ＊狭いスペースに高密度配線 ＊コネクタを省ける ＊接続工程を省ける ＊長い屈曲寿命 ＊設計の自由度を高めることができる ＊誤配線を防ぐ ＊トータルコストを下げられる（？）
さらに新しい価値が創造される！
フレキシブル・エレクトロニクスでは さらに新しい価値が創造される！ 従来技術より薄い、軽いだけでは、あまり価値がない。 従来技術で既にできているものに、フレキシブル・エレクトロニクスを無理に
適用すると、かえって割高になってしまうケースが多い。 機能部品（埋め込み部品）の構成 個別部品実装の替わりに、直接作り込む技術の開発が進んめられている。 →　フレキシブル・エレクトロニクスの実現 ＊ラミネーション／エッチング ＊印刷加工（本命）
W
Ｌ 電極
T
抵抗体
R = a x L /(W x T) 埋め込み抵抗部品の基本構成 下部電極 誘電体層 埋め込みコンデンサの構成
上部電極 印刷ビアホールを使った印刷コイル構造
スペーサ 上部電極 下部電極 メンブレンスイッチの基本構成Ａ
正電極
銀厚膜導体層
正極活物質層
負極活物質層
負電極
サブストレート
スクリーン印刷で形成する一次電池の構成 銀厚膜導体層
正電極
銀厚膜導体層
電解物質を含むポリマー層
負電極
サブストレート
スクリーン印刷で形成する二次電池の構成 電解質の固体化が課題 銀厚膜導体層
印刷で形成する有機化合物系太陽電池 （米国　Konarka）
指紋検出センサーモジュール
保護層 裏面電極 誘電体層 蛍光体層 ＩＴＯフィルム 発光 印刷で形成する無機ＥＬ素子
フレキシブルな印刷ＥＬのパタン発光例
（NY工業・DKN Research）
フレキシブル液晶ディスプレイ 伸縮性のあるトランジスタ 医療機器、健康機器、スポーツ機器には多くのフ
レキシブル・エレクトロニクスの活躍の場が潜在し
ている。 ※人間（生物）の体はフレキシブルなのだから、フ
レキシブル・エレクトロニクスが優しい。 二次元多チャンネル重粒子線検出モジュール スポーツ医学用センサーモジュール シューズ圧力センサモジュール
義手制御モジュール
使い捨てタイプ血液検査プローブ
埋め込み部品フレキシブル基板の応用候補例 使い捨てタイプの医療機器
人工網膜 まだまだ広がるフレキシブル・エレクトロニクス 御清聴ありがとうございました。 詳しい資料やサンプルは下記まで
ＤＫＮリサーチ　ＬＬＣ 沼倉研史 Haverhill, MA, U.S.A. www.dknresearch.com www.me.web.com/dnumakura/