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。
https://elephantech.com/wp/wp-content/uploads/2024/12/4-RPCB_press_sample_w1200_16-9-320x180.png 320w, https://elephantech.com/wp/wp-content/uploads/2024/12/4-RPCB_press_sample_w1200_16-9-768x432.png 768w, https://elephantech.com/wp/wp-content/uploads/2024/12/4-RPCB_press_sample_w1200_16-9.png 1200w" sizes="(max-width: 640px) 100vw, 640px" xss=removed>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。
https://elephantech.com/wp/wp-content/uploads/2024/12/700_image3-320x106.jpg 320w, https://elephantech.com/wp/wp-content/uploads/2024/12/700_image3-640x212.jpg 640w" sizes="(max-width: 700px) 100vw, 700px" xss=removed>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。
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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。
https://elephantech.com/wp/wp-content/uploads/2024/12/700_jp_image6-320x124.jpg 320w, https://elephantech.com/wp/wp-content/uploads/2024/12/700_jp_image6-640x248.jpg 640w" sizes="(max-width: 700px) 100vw, 700px" xss=removed>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。
https://elephantech.com/wp/wp-content/uploads/2024/12/699_image7-320x219.jpg 320w, https://elephantech.com/wp/wp-content/uploads/2024/12/699_image7-640x438.jpg 640w" sizes="(max-width: 699px) 100vw, 699px" xss=removed>100μm超の厚みを持つ配線일렉트로닉 팬 텍에서는, 잉크젯 인쇄 기술에 의해서 동의 사용량을7080%를 삭감하는 혁신적인 기판 SustainaCircuits™ 의 양산화를 실시해 왔습니다.
다만, 지금까지는 한 면 플렉서블 기판이라고 하는 비교적 니치인 종류의 기판 밖에 개발이 되어 있지 않았습니다.한 면 플렉서블 기판은 시장의2% 정도로 머물어, 특히 시장의 8할1을 차지하는 범용 다층 기판2에의 적용이 기대되고 있었습니다만 실현될 수 있지 않고, 2027년 이후의 실용화를 계획하고 있었습니다.
이번에, 몇개의 기술 혁신에 의해서 상정보다 조기에, 범용 다층 기판의 개발에 성공했습니다.주로는(1) 리짓드기재 대응 (2) 다층 대응에 성공해, 세계의 기판의 대부분의 치환이 가능하게 되었습니다.
본기술에 의해, CO2배출을 시작으로 한 환경 부하를 큰폭으로 삭감 가능할 뿐만 아니라, 범용 다층 기판의 코스트 구조로 큰 비율을 차지하는 동의 사용량을 70%삭감
이미 복수의 전기 메이커 님과 선행해 대처를 실시하고 있어, 2025년전반에는 시작 제공을 개시할 예정입니다.
개발한 범용 다층 기판의 사진(4층 관통 기판)- 면적 베이스.반도체 서브 스트레이트도 포함한다.수치는 2023년 후지 키메라 총연 「FPC의 주목 어플리케이션과 첨단기술」및 「엘렉트로닉스 실장 뉴 매테리얼 편람」보다
- 이른바 저다층 RPCB로 불리는, 1,2,4,6층의 범용 리짓드 기판을 범용 다층 기판으로서 정의.층수에 의하지 않고 빌드업 기판은 제외했다.
- 배선 패턴에 의존하지만, 전형적인 값으로 해서 이 정도(일렉트로닉 팬 텍 조사해)
개발에 성공한 내용
리짓드기재 대응
FR-4를 포함한 많은 경질기재와 밀착하는, 프라이머와 동나노 입자 잉크를 개발했습니다.
당사가 다루는 인쇄 방식은, 평활한 표면에 인쇄해 높은 밀착성을 얻을 필요가 있다 모아 두어 밀착성 실현이라고 하는 관점에서는 불리하고, 지금까지 충분한 밀착성을 실현될 수 있지 없었던 것이 리짓드기재 대응의 최대의 과제였습니다.
※UL796 규격에 준하는 시험 방법에 따르는 것입니다.당사 측정에 의한 참고가격이며, 보증치가 아닙니다.
단면 구조다층화
맥주내에 잉크를 도포하는 기술과 프라이머의 개량에 의해, 다층판·맥주를 형성할 수 있게 되었습니다.
4층 기판4층 기판의 단면8층 기판의 단면다만, 이번 재료·프로세스는 경질 기판 전용이어, 필름 기판의 다층화에는 현재 상태로서는 적용 되어 있지 않습니다.
미세화
프라이머와 잉크의 편성의 개량과 인쇄기의 정도의 개량에 의해, L/S=50/50μ m로의 배선 형성이 가능해졌습니다.지금까지의 L/S=100/100μ m로부터 대폭적인 향상이 됩니다.미세화의 달성에는, 프라이머 표면에서 잉크가 젖어 퍼지지 않을 필요가 있어요가, 잉크가 젖어 퍼지지 않고 연주하는 프라이머에서는, 묘화나 밀착이 어렵다고 하는 과제가 있었습니다.이번 개발한 프라이머에 의해, 묘화성과 밀착성을 담보하면서, 젖어 확대를 최대한 억제하는 것에 성공했습니다.
L/S=50/50μ m로의 묘화 비교대전류 대응
높은 밀착성·도금 내성을 가지는 프라이머와 잉크의 개발에 의해, 100μ m급의 동막후의 기판도 제조 가능해졌습니다.
역사적으로, Printable·엘렉트로닉스의 세계에서는, 흘릴 수 있는 전류량에 제한이 있다 일이 보급의 큰 과제였습니다.우리는 그 때문에, 인쇄 프로세스와 도금 프로세스를 조합한 프로세스를 제안해 왔습니다만, 10μ m전후의 동막후로의 대응에 머물어 왔습니다.신호선에는 충분한 것은 있다 것의, 전력용 전자공학에는 불충분했습니다.
이번, 신규 개발한 프로세스에 의해, 전기 도금에 의해서 100μ m급의 동막후까지 대응이 가능하게 되었습니다.동가격이 착실하게 상승하는 중, 필요한 부분에만 도금으로 동을 형성하는 공정의 경제 합리성은, 동의 두께가 증가하는 만큼 높아집니다.
100μ m초의 두께를 가지는 배선