PI銅 vs PET銀FPC：どちらを選ぶべきか｜VMANX

フレキシブルプリント配線板（FPC）の2つの製造プロセス：エッチングによるPI銅（左）とスクリーン印刷によるPET銀（右）。

中国東莞市に拠点を置くISO 9001認証取得済みのプリントエレクトロニクスメーカー、VMANXは フレキシブルプリント回路 根本的に異なる2つの製造プロセスで エッチングPI銅箔（VMX-FPC-CU） および スクリーン印刷PET銀ペースト（VMX-FPC-AG） を製造しています。設計レビュー段階で新しいフレキシブルインターコネクトが検討される際、エンジニアはこの2択から選択します。なぜなら、この選択が製品の全寿命にわたってコスト、部品実装方法、および使用温度範囲を決定するからです。一方のプロセスは材料を削り取る（サブトラクティブ）、他方は材料を付加する（アディティブ）——この単一の違いが、その後のすべての仕様に影響を及ぼします。

2つのルート、2つの製造哲学

この違いはグレードの差ではなく、製造哲学の違いであり、それぞれの哲学には固有の物理的特性が伴います。

減算エッチング（PI銅） ポリイミドフィルムに全面的に銅箔をラミネートした状態から始まります。フォトレジストに回路パターンを露光し、その後、設計に含まれない部分の銅を化学エッチング液で溶解させます。残るのはロールアニール処理された銅で、金属としての導電性を備えた真の金属導体であり、リフロー温度で半田付け可能で、線幅・スペースともに75／75 μmまでの寸法精度を実現します。

加算印刷（PET銀） 素のポリエステルフィルムから始まります。導電性銀ペーストをスクリーン印刷により基板上に直接回路形状で印刷し、その後熱硬化させます。材料を削除する工程はなく、エッチング液も不要であり、フォトツーリングも必要ありません。導体はポリマーバインダー中に銀粒子が分散・固化した複合材であり、信号伝送用途としては十分な電気的性能を有しますが、固体の金属箔ではありません。

その構造的な違いが、その後のすべての特性を説明しています。つまり、一方はリフロー半田付けに対応できるのに対し、他方はできない理由、一方は＋150℃まで耐えられるのに対し、他方は＋80℃で限界を迎える理由、また一方は光学的に透明に製造可能であるのに対し、他方は決して透明にならない理由です。

プロセスA — エッチング済みPI銅箔（VMX-FPC-CU）

図1 — 半田付けされたスナップドームと金めっきコンタクトテールを備えたPI銅箔フレキシブルプリント基板（FPC）アセンブリ

高精度と部品実装密度

ポリイミド基材上にロールアニール処理された銅箔では、標準で最小ライン幅・スペースが75／75μmであり、0.5oz銅箔を用いることで50／50μmまで高精細化できます。この解像度により、ファインピッチコネクタや高密度部品実装領域に対応可能ですが、印刷銀ペーストでは到底達成できません。

導体が固体金属であるため、特性インピーダンスを±10％以内で、単一端子方式で50Ω、差動方式で100Ωに制御できます。これは高速差動信号伝送の必須要件です。一方、印刷銀ペーストではインピーダンス制御がまったく不可能であるため、USB、LVDS、またはカメラ信号を扱う設計においては、この仕様表の該当欄が最終的な判断基準となります。

真のSMTリフロー対応性

ポリイミドは260°Cで10秒間耐え、ピークリフロープロファイル330°Cにも耐えられます。ENIG表面処理を施した回路は、標準SMTライン（はんだペースト塗布、ピックアンドプレース、リフローオーブン）を通過可能です。LED、抵抗器、コネクタ、ドライバIC、メタルドームなど、すべてのはんだ付けによる実装が可能で、量産速度と信頼性の高いはんだ接合が実現します。

これは量産組み立てにおける決定的な優位性です。設計に数個を超える部品が含まれる場合、ポリイミド基板上の銅配線により、部品実装を手作業から自動化へと転換できます。

高電流・高温対応

銅厚35μm、トレース幅0.3mmの場合、温度上昇10°Cで約1.4Aを流すことができ、1oz（約35μm）銅では2Aまで対応可能です。動作温度範囲は−40°C～＋150°Cと広く、エンジンルーム近傍や産業用オーブン、極地気候下の屋外機器への適用も可能です。

MITで製造されたロールアニール銅（R0.8 mm）を用いたフレキシブル回路は、耐久性が20万回以上に達し、印刷銀の4倍の寿命を実現。これは、プリンターヘッドや折り畳み式ヒンジ、ロボット関節など、使用中に繰り返し曲げられる回路にとって極めて重要です。

工程B — PET基板上への銀ペースト印刷（VMX-FPC-AG）

図2 — 導電性アダプティブ・ドームと印刷テールを備えたPET銀印刷回路

コスト低減、金型不要

スクリーン印刷ではエッチング工程を完全に排除。フォトマスクも不要、化学エッチング液も不要、銅廃液も発生しません。量産単価は銅ベース工程より低く、またエッチング用金型の償却負担がないため、小ロット生産でも最低注文数量（MOQ）によるペナルティはありません。

試作納期は銅工程の5～7営業日に対し、3～5営業日。量産納期も、銅工程の12～15日に対し、7～10日です。設計がまだ反復検討中の場合、この差は各改訂サイクルごとに累積的に影響します。

透明性という点で、銅には到底及ばない性能

PETフィルムは光学的に透明であり、AgNW（銀ナノワイヤ）タイプでは、550 nmで89％以上の透過率を実現しながら、表面抵抗値を50–100 Ω／□にまで低減できます。これにより、真正に透明な回路が実現可能になります——ディスプレイ上へのタッチ層、配線跡が完全に消える必要がある照明パネル、そしてルーティングが目立たないバックライト式グラフィックオーバーレイなどです。

エッチング銅プロセスでは、このような透明性は絶対に得られません。銅は本質的に不透明です。回路自体が視認されないことが設計要件となる場合、製造プロセスの選択は、他のあらゆる仕様検討よりも先に決定されます。

限界の所在

制約条件を正直に認識することは、現場での故障を防ぐ上で不可欠です。PETはガラス転移温度が低く、はんだ付け（リフロー）には耐えられません——リフロー加熱によって基板が変形します。部品実装は、低温で硬化する導電性接着剤のみに依存することになり、メタルドームやシンプルな接点には適していますが、高密度の部品実装には生産性が低く、量産向けとは言えません。

現在の電流容量は、1.0 mmのトレースに10 μmの銀を施した場合、熱的に制限されて約0.8 Aです。使用温度範囲は－20 °C～＋80 °C、最小ライン／スペースは150／150 μm（高度なプロセスでは100／100 μm）、フレキシブル寿命は約5万回、インピーダンス制御は推奨されません。

並べて比較

1分以内で決める方法

4つの質問で、ほぼすべてのケースが解決します：

1. この設計ではSMTリフローはんだ付けが必要ですか？ 必要であれば、決定は即座に下されます——PI基板上の銅配線です。PET基板はリフロー炉に耐えられず、その事実はどんな代替手段でも変えることはできません。

2. 回路の一部に透明性が必須ですか？ 必須であれば、逆方向に決定が下されます——PET基板上の銀配線（AgNW）です。銅は不透明です。

3. 使用温度が＋80℃を超えるか、－20℃を下回るか？ この範囲外では、PI基板上の銅配線のみが適合します。

4. いずれかの導体が0.8Aを超える電流を流す必要があるか、またはインピーダンス制御が求められますか？ どちらの場合も、PI基板上の銅配線が適しています。

上記の4つの条件（低電流信号回路、1～2層構成、はんだ付け部品が少ないか存在しない、温度環境が穏やか）のいずれにも該当しない場合、PET銀配線は、より低コストかつ短納期で同等の機能を実現します。そのようなケースで銅配線を選択すると、設計で一切活用されない余裕容量（ヘッドルーム）のためにコストを支払うことになります。

お客様向けFAQ

Q：量産向けのFPC製造プロセスとして、どちらがコスト効率が良いですか？

A：印刷式PET銀配線は、量産単価が低くなります。フォトマスクやエッチング薬品、銅廃棄物が不要であり、エッチング用ツーリングの償却負担もないため、最小注文数量（MOQ）によるペナルティも発生しません。ただし、このコストメリットが実際に得られるのは、設計がPET銀配線の仕様範囲内に収まっている場合に限られます。すなわち、最大電流が0.8 A以下、使用温度範囲が－20 °C～＋80 °C、リフローはんだ付けを行わないという条件を満たす必要があります。

Q：PET銀配線のFPCにSMD部品を実装できますか？

A：リフローは使用できません。PETはガラス転移温度が低く、リフローオーブン内で変形します。部品の実装には低温導電性接着剤のみを使用しますが、これはメタルスナップドームや単純な接点には有効ですが、高密度実装には生産性が不足します。SMT部品を多用する設計では、PI銅箔を採用すべきです。

Q：なぜPI銅箔は曲げ耐久性が4倍も優れているのですか？

A：ロールアネーリング処理された銅箔は、圧延方向に沿って細長く伸びた結晶構造を持ち、繰り返し曲げによる亀裂の進行を抑制します。一方、印刷銀ペーストは粒子とバインダーからなる複合材料であり、繰り返し曲げによって粒子間接触が徐々に断たれ、抵抗値が上昇します。このため、MIT基準（R0.8 mm）における曲げ寿命は、PI銅箔で20万回、印刷銀で5万回となります。

Q：透明なフレキシブル配線基板は本当に実現可能ですか？

A：はい。PET基板上にAgNW（銀ナノワイヤ）層を形成し、550nmでの透過率89％以上、表面抵抗値50～100Ω／□を実現した製品です。透明タッチセンサーパネル、イルミネーションパネル、ディスプレイオーバーレイなどに適しています。エッチング銅箔は、厚みを問わず透明化できません。

Q：納期はどのくらいを見込んでおけばよいですか？

A：PET銀箔プロトタイプは3～5営業日、量産は7～10営業日です。PI銅箔プロトタイプは5～7営業日、量産は12～15営業日となります。これは、ドリル加工、電気めっき、エッチング、表面処理などの工程が追加されるためです。

Q：両プロセスを同一製品で併用できますか？

A：はい。ハイブリッド設計は一般的です。高密度コントローラーボードでは、SMT実装部にPI銅箔回路を、低電流キーパッドや透明タッチセンサーパネルにはPET銀箔回路をそれぞれ採用し、コネクタで接続します。VMANX社では、両プロセスの生産ラインを自社内で保有しているため、単一のサプライヤーが完全なインターコネクトセットの見積もり・製造を一括で対応可能です。

Q：これらの製品は、どのような品質保証体制の下で製造されていますか？

A：両シリーズとも、ISO 9001品質マネジメント体制のもとで製造されており、RoHSおよびREACH規制への適合を確認済みです。また、フレキシブルプリント配線板（FPC）についてはIPC-6013クラスの要求事項を参照しています。すべてのロットは包装前に電気試験を実施し、合格したもののみ出荷されます。

DFMレビューおよびエンジニアリングサポート

工程ルートを早期に選定することで、金型製作後の高コストな設計変更を回避できます。VMANXのエンジニアリングチームでは、お客様の回路図を両ルートに対して検討し、トレース幅および許容電流、設置形状に対する曲げ半径、部品実装方法、スタイフナー戦略などを含むDFMレポートをご提供します。詳細な仕様書（データシート）は、当社Webサイトの 産業用FPCプリント回路センサー ページに掲載されています。さらに、より広範な フレキシブルプリント回路 シリーズおよび関連する HMI ヒューマン・マシン・インターフェース および メムランスイッチ 製品群により、インターフェースアセンブリ全体に対応したラインナップを展開しています。

結論

最適な工程ルートというものは存在しません。あるのは、それぞれの設計に応じた「正しい」工程だけです。エッチング加工されたポリイミド（PI）銅箔は、高精度・リフロー対応性・大電流耐性・広温度範囲という利点をもたらします。一方、スクリーン印刷されたポリエチレンテレフタレート（PET）銀ペーストは、低コスト・短納期・光学的透明性を実現します。レイアウト着手前に、適用される4つの制約条件を明確にしておくことが、量産投入前のクリーンなリリースと、試作品評価後の再設計という2つの結果を分ける鍵となります。

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メイン画像： ファイル名: pi-copper-vs-pet-silver-fpc-comparison.jpg | 代替テキスト: 「アンバー色のポリイミド基板銅エッチングFPCとグリーン色のPET基板銀印刷FPCを並べて比較した画像。各工程仕様を併記」

図1： ファイル名: etched-pi-copper-fpc-smt-assembly.jpg | 代替テキスト: 「アンバー色のポリイミド基板銅エッチングFPCに金属スナップドームをはんだ付けし、コンタクトテールを金めっき処理した組み立て品」

図2： ファイル名: printed-pet-silver-fpc-flexible-circuit.jpg | 代替テキスト: 「グリーン色のPET基板FPCで、スクリーン印刷による銀ペースト配線と導電性接着剤で取り付けられたスナップドームを備えた柔軟回路」

動画（YouTube）: 「PI銅 vs PET銀FPC — フレキシブル回路プロセス選定ガイド｜VMANX」

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メタディスクリプション（156文字）： 「PI銅FPCとPET銀FPCを比較：エッチング銅箔はSMTリフロー対応、2Aおよび−40～150℃動作可能。印刷銀は低コストと透明AgNWオプションが特長。」

認証範囲（F4産業用ファミリー）： ISO 9001・RoHS・REACH・IPC-6013準拠

公開に関する備考： ニューストップページには公開日を表示。月2～4件のペースで記事を公開。