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半導体技術とプリント回路基板技術との境界がますます見えにくくなる

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半導体技術とプリント回路基板技術の境目が見えなくなってきた。これまでは、プリント回路技術は半導体技術の後を追いかけてきた。回路線幅/線間隔(L/S)で表される幅は、半導体技術では30nmくらいまで微細化が進んできたのに対して、プリント回路技術は最も微細なパターンでさえ10/10μmだ。しかし、テクノロジーでは逆転現象も見える。

まずパターン加工だ。プリント回路基板そのものの呼び名が適切ではなくなってきた。配線パターンを従来のプリント(印刷)技術ではなく、光リソグラフィ技術で加工することが今や常識となっている。プリント技術を使わないプラスチック基板の配線パターンをどう呼べばよいのかわからないが、ここでは慣例上、プリント回路基板と呼ばせていただく。

半導体の世界ではArFレーザーの液浸技術が最も微細なパターンを量産レベルで切っているが、プリント回路基板ではレーザーによるマスクレス直接描画装置が量産レベルで使われている。レーザー直描は、半導体のEB(電子ビーム)直接描画に等しい。ところが、JPCA2010ショーにおいてウシオ電機が発表したリソグラフィ装置はL/Sが4μmとこれまでの最高レベルに達し、レーザー直描の線幅を抜いている。1970年にインテルがマイクロプロセッサを発表した時が10μm線幅だったから、その当時のシリコン半導体を超えた訳だ。ウシオの装置はしかもステッパである。

回路線幅が最小でも4μmだから波長の短いエキシマレーザーではなくUVランプを照射する訳だが、並行光線をステップアンドリピート方式で回路基板に照射することで大きな回路基板のパターニングを行う。ここまで微細なプリント回路基板とは実は半導体チップをアセンブリする基板に使う。例えばインテルのプロセッサチップのアセンブリは日本のイビデンや新光電気工業が行っているが、シリコンチップを搭載する基板の回路線幅が10μm程度まで微細化している。このウシオのステッパUX-55はこういったメーカーに納める予定である。多くの一般的なプリント回路基板ではフォトマスクには写真のフィルムそのものを使っているが、このステッパでは半導体と同様、高価なガラスマスクを使うという。

一方、レーザー直描装置を2000年ころから出荷してきたオルボテック(Orbotech)社は、従来の約2倍高速の最大5000枚/日というスループットの新製品を出してきた。オランダのASMLがデュアルスキャン方式によってスループットを上げたように、オルボテックのParagon-Xpress9も待ち時間のない、デュアルスキャン方式でスループットを上げた。1時間当たりのスループットは240枚である。この装置の最小パターンサイズは25μm、解像度は2.5μm、位置合わせ精度は±12μmである。

パターン加工の実力から言えばレーザー直描よりもステッパの方が微細化に適しているといえる。これが半導体リソグラフィとの逆転現象だ。

10Gbpsのような高速伝送に備えて、プリント回路基板上にも光配線を利用する試みが出てきている。日立化成工業は、日本CMKと共同で、高速伝送が必要な応用では基板内に光導波路を作り、ギガビット伝送ができることを提案した。これは回路基板の上にクラッド層となる樹脂、さらにコア層となる光硬化型樹脂を載せてゆき、コア樹脂をパターニングして導波路を構成する。最後のその上にクラッド層を載せ、光を閉じ込める訳だが、コア層の両端は斜めの角度を付けて光を反射できるような構造を作製する。クラッド-コア-クラッドだけの透明なフィルムを日立化成は開発し、日本CMKがプリント回路基板を提供、加工する。導波路の損失は0.04dB/cmと低いため40〜50cm程度なら使用に耐える。テラバイト/秒の高速ルータなどの基板を接続するのに使えると見ている。4Gbps伝送のアイパターンを観測している。 また、住友ベークライトも日立化成と同様なクラッド-コア-クラッドだけの透明なフレキシブル基板を開発しているが、プリント回路基板には組み込んでいない。


日立化成とCMKによるプリント回路基板上の光配線の提案

日立化成とCMKによるプリント回路基板上の光配線の提案


高速基板ではなく、リチウムイオン電池を縦列接続して大電流応用にプリント回路基板を使おうという提案もある。住友ベークライトは、厚さ600μmという厚い銅のバスバーでリチウムイオン電池をつなぎ、バッテリマネジメントICも搭載できる合計8層のリジッド-フレキの基板を提案した。総厚は3.6mmとなる。これでリチウムイオン電池をつなぎ固定する。配線用の銅プレートは丸い配線よりもインダクタンスが小さいため、こういった大電流用途に向いているかもしれない。ただし、今のところ電流容量は40〜50Aどまりだとしている。


住友ベークライトの大電流接続基板

住友ベークライトの大電流接続基板


今年のJPCAショーは昨年に比べ盛況で、初日、2日目の合計来場者数は、昨年の5万9476人に対して、今年は6万8457人と15%増になった。

(2010/06/04)

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