プリント配線板の性能を大きく左右する絶縁材料：福田昭のデバイス通信（260） 2019年度版実装技術ロードマップ（68）（2/2 ページ）

[福田昭，EE Times Japan]

配線は銅、絶縁材料は多種多様

　プリント配線板は基本的に、配線と絶縁材料（絶縁基材）で構成される。配線の材料にはごく一部の特殊な配線板を除き、銅（Cu）が使われる。これに対して絶縁基材は多種多様である。絶縁材料の特性が、プリント配線板の仕様を大きく左右する。

プリント配線板の絶縁基材。出典：JEITAおよびJPCA（クリックで拡大）

　絶縁基材も、従来の一般的な材料と新規の材料に分かれる。従来の絶縁基材で最も一般的なのは、リジッド配線板に使われる「FR-4」だろう。FR-4というのは米国規格協会（ANSI：American National Standard Institute）の規格名で、ガラスエポキシ樹脂の基材を示す記号の1つだ。ガラスエポキシ樹脂とは、ガラス繊維を布状に編んだ「ガラス織布」にエポキシ樹脂を含浸させたもの。一般的な耐熱性を備えた基材が「FR-4」、高い耐熱性を備えた基材が「FR-5」と区分けされている。

　リジッド配線板に古くから使われてきた絶縁基材には「紙フェノール樹脂」がある。紙の基材にフェノール樹脂を含浸させた材料であり、製造コストが非常に低いという特徴を備える。ANSIの規格名称は、一般的な絶縁抵抗を備える「FR-1」と、高い絶縁抵抗を備える「FR-2」に分かれる。製造コストは低いものの、両面基板や多層基板などは製造しにくい。片面プリント配線板に主に使われる。配線板は「紙フェノール配線板」あるいは「紙フェノール基板」と呼ばれることが多い。

　フレキシブル配線板で主に使われてきた絶縁基材は「ポリイミド」だろう。ポリイミドのフィルムは高い耐熱性と難燃性を備えている。耐熱性は400℃に達する。難点は材料コストが高いこと。このため、廉価版としてポリエステル（PET：Polyethylene Terephthalate）を絶縁基材とするフレキシブル配線板が商品化されている。もちろん弱点があり、PETは耐熱性が低い。通常のはんだを使えないほど低い耐熱性であり、はんだ付けには融点の低い低温はんだを使う。

　パッケージ基板（サブストレート）の代表的な絶縁基材は「BT樹脂」（BTはビスマレイミド・トリアジン（Bismaleimide-Triazine）の略称）だろう。三菱ガス化学が1976年に開発した高耐熱樹脂で、1985年にパッケージ基板に採用された。それまでパッケージ基板の標準的な絶縁基材だったセラミック（アルミナ）に近い性能を有していたことから、1990年代にはセラミックを置き換えることで急速に普及した。普及の原動力は2つあった。1つはセラミックよりも安価なこと。もう1つは当時、基板レスのプラスチックQFPが多ピン化の限界に来ており、代わってアレイタイプのプラスチックBGAパッケージが登場したことである。このBGAの基板としてBT樹脂のプリント配線板が標準的に採用されたことが、普及を促した。

新世代のプリント配線板が採用した新しい絶縁基材

　新世代のプリント配線板である「機能集積基板（機能集積配線板）」では、従来のプリント配線板と同じ材料のほか、これまでに使われなかった絶縁基材が導入されている。代表的な材料は、再配線層の絶縁材料である。BCB（Benzocyclobutene、ベンゾシクロベテン）、フェノールノボラック（Phenol Novolak）、メソポーラスシリカ（Mesoporous Silica、規則的に配列した細い孔を内蔵する二酸化珪素）などがある。

　同じく新世代のプリント配線板「新製造基盤」でも従来とは違った絶縁材料を使う。プリンタブル配線板では、ポリカーボネート（Polycarbonate）、PET、セルロース（Cellulose）が試みられている。ストレッチャブル配線板では、熱可塑性ポリウレタン（TPU：Thermoplastic Polyurethane）やジメチルポリシロキサン（PDMS：Dimethylpolysiloxane）などが使われる。またテキスタイル配線板では、絶縁基材は布地や不織布、織物などである。

（次回に続く）

⇒「福田昭のデバイス通信」連載バックナンバー一覧