“SPET”
透明フレキシブル基板“SPET”
1. はじめに
「人生感動の温もり一生大事」。感動は、人との出会いから生まれ、支えられ助けられ、それがあるからこそ人も企業も成長する。だからこそ感謝して、未来に多くの出会いを大切にするきっかけになればと、感動の心で運を引き寄せてきた創業者の信念である。この創業者からの教えもあり、多くの人と出会うために率先して全国を巡り、お客様や取引先様、また異分野の色々な人達との出会いに感謝しながら仕事をしている私自身があり、少しは人の成長と新事業の成長もできているのではないかと考える。これら多くの人との出会いや支えに助けられ、開発を進めてきた 1つの開発品が透明フレキシブル基板“SPET”(Super-Polyethylene-Terephthalate)である。もともとフレキシブル基板は、電子機器の中で使われることが多く、基板自体を目で見ることはない。基板に携わる人間として、異業種の人達に何の職業をしているのかを説明する時に「目で見える商品を製造する会社だといいな」と常に想っていた。今回紹介する透明フレキシブル基板は、電子機器の中で使う製品では無く、誰もが目で見て分かる製品として、その想いを具現化した製品である。この透明フレキシブル基板“SPET”シリーズは、いまでは透明ヒーターフィルム、透明アンテナ向けフィルム、 3次元立体配線用フレキシブル基板などのラインナップも追加となった。今回は、これら透明フレキシブル基板“SPET”シリーズについて紹介する。
2．透明フレキシブル基板
透明フレキシブル基板は、透明なサブストレートフィルムをベースとして、導体を形成したフレキシブル基板のことをいう。透明なサブストレートフィルムは、ポリイミド(PI)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルサルホン(PES)などの基材を用いる。その基材上に、酸化インジウムスズ(ITO)、銅箔、導電性インキ(PEDOT)、銀ナノインクなどで導体を形成する。その導体の加工方法は、フォトリソグラフィ、印刷、めっき、スパッタなどで加工する。さらに導体を保護する目的などから導体上に絶縁層を施すことが多い。その絶縁層は、カバーレイ、フォトリソグラフィ、印刷などの工程で形成する。このように透明フレキシブル基板は、基材+導体+加工+絶縁の組み合わせを基本として構成している。どの組み合わせにおいても優劣があるが、何の製品を作るために透明フレキシブル基板を使うのかで、最適な組み合わせの透明フレキシブル基板を構成する必要がある。透明フレキシブル基板“SPET”は、基材にPET+導体に銅箔+加工はフォトリソグラフィ+絶縁に印刷を組み合わせた独自な透明フレキシブル基板である。
3．透明フレキシブル基板“SPET”
透明フレキシブル基板“SPET”は、基材がPETで透明な接着剤で銅箔を貼りあわせた 3層フレキシブル銅張積層板（FCCL：Flexible Cupper Clad Laminate）を用いて、そのFCCLを加工してフレキシブル基板とした製品である。特徴は、PETが持つ高い透明性と電気絶縁性を活かし、安価な透明フレキシブル基板の組み合わせとした。ただ、このPETと銅箔の組み合わせだけであれば、透明フレキシブル基板としては耐熱性に欠けるために、メンブレンスイッチなどの用途に限定される。そのため、PETの耐熱性が低い欠点を補いフレキシブル基板としての用途を広げるために接着材の耐熱温度を 260℃まで高めることで、耐熱性が低い欠点を克服した。この耐熱温度を上げることで、一般のフレキシブル基板などの電子部品の自動実装と同じラインで生産することができ、低温はんだながらリフロー耐熱にも耐える耐熱性の向上で部品実装の自動化に対応できることも特徴である。さらに昨今では、耐熱温度をより高くする製品の要求もあり、サブストレートの耐熱温度が 260℃ある接着剤としたことで、リフロー耐熱性を 260℃まで高めた透明フレキシブル基板“SPET-NN”も開発品としてラインナップした。
図 １は、透明フレキシブル基板”SPET“の断面構造である。この断面構造からサブストレートとしてPETを用いない 2層FCCLで加工した製品が“SPET-NN”である。透明フレキシブル基板“SPET”は、この透明性と耐熱性を活かして、例えば写真 2のようにLEDをドットマトリックスに配置して、透明ディスプレイなどにも採用されている。さらに、LEDを小型化したミニLEDやマイクロLEDを透明フレキシブル基板に搭載した高解像度透明ディスプレイの開発も進んでいる。このように、透明とLEDを用い、さらに透明フレキシブル基板を曲げることなどによる光の演出で、アミューズメント分野や車載関係分野での採用が多い。また、透明フレキシブル基板”SPET”の比誘電率は 2.77とLCPと同様に低く、高速伝送用のコネクタのはんだ実装も可能なため、銅箔の祖化面を小さくして伝送損失を抑える仕様で、第 5世代移動通信システムなどに対応した透明アンテナとしても採用されている。このように、透明フレキシブル基板“SPET”は、多くの用途で使われはじめている。
4.直ぐに暖まる透明ヒーターフィルム
透明ヒーターフィルムは、表 2 のように 4 種のヒーター線の種類に大別することができる。透明フレキシブル基板“SPET”からシリーズ化したうちのひとつである”直ぐに暖まる透明ヒーターフィルム“は、この透明ヒーター大別のメタルメッシュ型が多く、透明性の優位性は他の方式よりも少し劣るが、ヒーターが暖まる速度は優れる。このように代表的な 4種のヒーターにおいてメリットやデメリットがあり、透明フレキシブル基板と同様に必ず 1つの方法が良いと言える状態ではなく、製品の要求に合わせて最適な組み合わせで透明ヒーターフィルムを形成する必要がある。改めて、“直ぐに暖まる透明ヒーターフィルム”の特徴は、
① 高透明なサブストレート
② 低抵抗な導体
③ 高耐熱なヒーターフィルム
である。全光線透過率は 92％であり、透明フィルム素材の中でも透明度が高く、安価で加工しやすい材料を採用した。次に低抵抗なヒーター線は、銅を用いることで他の金属よりも低い抵抗値を実現している。さらに、銅の導体厚を厚くすることでシート抵抗は 1.42ｍΩ/□であり、ITOヒーターと比較して抵抗値は小さい。そのため即断に対応できる。また、サーミスタなどの電子部品を実装した温度制御ができることと、高温環境下でもヒーターとして使えるようにヒーターフィルムの耐熱性を高めた。これが、“直ぐに暖まる透明ヒーターフィルム”の特徴である。このメタルメッシュ型ヒーターは、配線幅、配線ピッチなどをヒーター要求によって変え、ヒーター性能や透過率などの要求値を満たすカスタム設計を行う。写真 3は、“直ぐに暖まる透明ヒーターフィルム”の採用事例の後付けヘッドランプヒーターである。その透明性を活かし、ヘッドランプ前に貼ってもヘッドランプの照度に影響がなく、ヘッドランプに付着した雪を解かすヒーター機能を備えている。夜間の積雪時の走行でもヘッドランプの光で地面を照らすことができる特徴がある。このように“直ぐに暖まる透明ヒーターフィルム”は、特に車載関係の融雪、防曇向けに採用が進んでおり、先進運転支援システム(ADAS)などでも期待されている。
5. 3次元立体配線用フレキシブル基板
“ 3次元立体配線用フレキシブル基板”は、これまでにはない伸びる透明なフレキシブル基板である。伸びるストレッチャブル基板として、収縮する基材に伸びる金属インキを組み合わせた基板などがある。ただ、このストレッチャブル基板は伸びる長所がある反面、金属インキを伸ばすことで金属インキの断面積が変化して抵抗値が変化する欠点がある。また、同様に収縮する基材に、導体を蛇腹状として収縮するフレキシブル基板もある。蛇腹状の方向には自由に伸びる利点がある反面、伸びる方向性に制限がある欠点がある。写真4は、 “ 3次元立体配線用フレキシブル基板”で、伸びの制限はあるが、どの方向でも基材も導体も伸びる特徴がある。さらに、抵抗値の変化もない。この自由に伸びる特性を活かし、賦形やインサート成形が可能となり、プラスチック一体型の 3次元立体配線ができる。従来、成形回路部品(MID：Molded Interconnect Device)があるが、そのめっき工法とは異なり、収縮できるFCCLを用いて 3次元立体配線を可能にした。その一番の理由は、MIDは成形回路部品として一体化できる長所があるが、 3次元実装をしなければならない作業性の悪さがあり、その部品を実装する欠点を解決するために平面実装をしてから賦形、インサート成形ができる 3次元立体配線とした。このように賦形、インサート成形ができる耐熱性を持たせ、成形との相性なども考慮してサブストレートをポリカーボネート(PC)などの選択もできるのが特徴である。このように“ 3次元立体配線用フレキシブル基板”は、賦形、インサート成形などに耐えうる熱と導体が伸びることで、プラスチック樹脂と一体にできることが特徴な透明フレキシブル基板である。
6.最後に
このように透明フレキシブル基板“SPET”シリーズは、多様な組み合わせを行うことで、様々な用途で採用をして頂いている。これら採用毎に目で見える製品が世の中に送りだされ、製品開発にワクワクする想いと、自分の仕事が何なのかを説明したい想いは達成できた。この透明フレキシブル基板“SPET”は、創業者の教え通りに、多くの人と出会うきっかけとなり、多くの出会いから生まれ、成長している製品である。私は、エンジニアリングマネージャーであるが、優れた技術能力やマネジメント能力を持っているわけでは無い。ここまで透明フレキシブル基板“SPET”が、市場に評価され製品展開が進んでいるのは 99.9％は運が良かっただけだと考えている。その運を引き寄せたのは、私自身が何の優れた能力を持ち合わせていないが、感動する心があったからではないかと振り返る。このように、出会った人すべてに助けられ、企業も人も成長している感動が得られている。この感動をさらに得るために、 2021年度から透明フレキシブル基板“SPET”は、事業体として立ち上げ、 2022年度にはADASや 5Gアンテナの採用を増やしていき、事業体としてさらに多くの人と出会い、運を呼び寄せていく製品として完成をさせていきたい直近で実現したい夢がある。この夢を実現して、その先にあるコンソーシアム全員が幸せを感じ、さらに豊かになり、優秀な技術者が活躍できるコンソーシアムとして一歩一歩進むことで、大きな夢も実現したいと考える。社是の「学働悠遊」のように、コンソーシアムがバランスの良い人生になるように強く願う。
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透明基板”SPET”（Super-Polyethylene-Terephthalate)事業部の考え方
感動は人との出会いから生まれ、支えられ助けられ、人も企業も成長する。
執筆依頼がくる透明フィルム加工が、市場に評価され製品展開が進んどるのは 99.9％は運が良かったさかいやと思いますねん。
運を引き寄せたのは、感動する心があったからやと振り返りまんねん。
お客様をはじめ固有の技術を有する企業様方、関係してくれはるみんなと取り組んでいるコンソーシアムの全員がぎょーさん幸せを感じ、えらい豊かになり、一歩一歩進むことでほんま夢を実現したいんや。
ほんまもんの透明基板”関連サイト”
ほんまもんの透明基板
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