エレファンテックでは、インクジェット印刷技術によって銅の使用量を70~80%を削減する革新的な基板 SustainaCircuits™ の量産化を行ってきました。
ただし、これまでは片面フレキシブル基板という比較的ニッチな種類の基板しか開発ができていませんでした。片面フレキシブル基板は市場の2%程度に留まり、特に市場の8割1を占める汎用多層基板2への適用が期待されていましたが実現できておらず、2027年以降の実用化を計画していました。
このたび、いくつかの技術革新によって想定より早期に、汎用多層基板の開発に成功しました。主には(1) リジッド基材対応 (2) 多層対応 に成功し、世界の基板の大半の置き換えが可能になりました。
本技術により、CO2排出をはじめとした環境負荷を大幅に削減できるだけでなく、汎用多層基板のコスト構造で大きな割合を占める銅の使用量を70％削減3することを中心に、PCB製造における製造コストを年間1兆円以上削減するポテンシャルが存在すると見込んでいます。
既に複数の電機メーカー様と先行して取り組みを実施しており、2025年前半には試作提供を開始する予定です。
開発した汎用多層基板の写真（4層貫通基板）- 面積ベース。半導体サブストレートも含む。数値は2023年富士キメラ総研「FPCの注目アプリケーションと先端技術」及び「エレクトロニクス実装ニューマテリアル便覧」より
- いわゆる低多層RPCBと呼ばれる、1,2,4,6層の汎用リジッド基板を汎用多層基板として定義。層数によらずビルドアップ基板は除いた。
- 配線パターンに依存するが、典型的な値としてこの程度（エレファンテック調べ）
開発に成功した内容
リジッド基材対応
FR-4を含む多くの硬質基材と密着する、プライマーと銅ナノ粒子インクを開発しました。
当社の手がける印刷方式は、平滑な表面に印刷して高い密着性を得る必要があるため、密着性実現という観点では不利であり、これまで十分な密着性が実現できていなかったことがリジッド基材対応の最大の課題でした。
今回、FR-4（ガラスエポキシ基材、汎用多層基板に用いられる）向けに新規開発したプライマーと銅ナノ粒子インクは、FR-4に対して強い密着性を発揮します。特に従来困難であった高温耐性も高く、150℃240hの試験後に1.0N/mm以上※の密着性を実現しており、リジッド基板として活用可能な水準に到達しています。
※UL796規格に準ずる試験方法によるものです。当社測定による参考値であり、保証値ではありません。
断面構造多層化
ビア内にインクを塗布する技術と、プライマーの改良により、多層板・ビアを形成できるようになりました。
4層基板
4層基板の断面
8層基板の断面ただし、今回の材料・プロセスは硬質基板向けであり、フィルム基板の多層化には現状では適用できておりません。
微細化
プライマーとインクの組み合わせの改良と、印刷機の精度の改良により、L/S=50/50μmでの配線形成が可能となりました。これまでのL/S=100/100μmから大幅な向上となります。微細化の達成には、プライマー表面でインクが濡れ広がらない必要がありますが、インクが濡れ広がらず弾くようなプライマーでは、描画や密着が難しいという課題がありました。今回開発したプライマーにより、描画性と密着性を担保しつつ、濡れ広がりを最大限抑制することに成功しました。
L/S=50/50μmでの描画比較大電流対応
高い密着性・めっき耐性を持つプライマーとインクの開発により、100μm級の銅膜厚の基板も製造可能となりました。
歴史的に、プリンタブル・エレクトロニクスの世界では、流せる電流量に制限があることが普及の大きな課題でした。我々はそのため、印刷プロセスとめっきプロセスを組み合わせたプロセスを提案してきましたが、10μm前後の銅膜厚での対応に留まってきました。信号線には十分ではあるものの、パワーエレクトロニクスには不十分でした。
今回、新規開発したプロセスにより、電気めっきによって100μm級の銅膜厚まで対応が可能になりました。銅価格が着実に上昇する中、必要な部分にだけめっきで銅を形成する工程の経済合理性は、銅の厚みが増えるほど高まります。
100μm超の厚みを持つ配線これすごいことじゃないですか？
