フィルムデバイスとは

フィルムデバイスとは

フィルムデバイスとは、とても薄いフィルムの上にさまざまな機能を付加したものです。

フィルムデバイスは、ベースフィルムと呼ばれる厚さ10〜150μmの樹脂製の薄膜フィルムが基材になります。

このベースフィルムの上に回路やセンサーなどをパターニングしてデバイスとしての機能を持たせます。薄い素材の上に高精密なパターンを形成し機能を構築するため、薄くて軽いデバイスを実現できるほか、電子デバイスの省スペース化が可能です。

フィルムデバイスとフレキシブル基板の違い

フィルムデバイスと同様に薄い電子部品として、フレキシブル基板を思い浮かべる人も多いでしょう。

類似のもとのして扱われることもありますが、NISSHAでは、デバイスとしての機能を持つフィルムデバイスと、回路などとして使われることの多いフレキシブル基板を区別して取り扱っています。

例えば感圧センサーなら、フレキシブル基板の場合はフィルム基板の上にセンサー素子を実装する必要がありますが、フィルムデバイスならフィルムそのものが感圧センサーとしての機能を持つことがきるからです。

フレキシブル基板とフィルムデバイスとの差は他にも、透明なものが作れることや、フレキシブル基板よりもさらに薄く、柔らかいことなどが挙げられます。

日常で使われているフィルムデバイス

フィルムデバイスは現在、日常の様々な場面で使われています。

例えばゲーム機やスマートフォンに使用されている静電容量方式タッチパネルもフィルムデバイスです。

薄くて透明であることに加え、フィルムの端の狭い部分に額縁のように配線を集中させる配線加工は、非常に高度なパターニング技術によって実現しています。

フィルムデバイスは他にも、自動車業界や医療機器業界などで幅広く利用されています。

スマートフォン/タブレット

ゲーム機/カーナビゲーション

家電

ハンディターミナル

フィルムデバイスを加工する技術

フィルムデバイスはさまざまな加工技術の組み合わせによって製造されます。

ロールtoロールのパターニングでは、エッチング加工とスクリーン印刷の2種類の加工が代表的です。

エッチング加工では、スパッタリングなどによりベースフィルムの上に成膜したITOやCu、Niまたはそれらの合金の薄膜を、フォトリソグラフィなどの工法を活用してパターニングすることによってベースフィルム上に電極や配線を形成していきます。

スクリーン印刷では、Agやカーボンなどの導電ペーストを用いてベースフィルム上にセンサーパターンや電極を印刷します。

このような回路パターン形成の精度は非常に高く、エッチングプロセスでLine/Space =10/10μm、スクリーン印刷でLine/Space =50/50μmほどとなっています。

エッチングプロセス

スクリーン印刷

フィルムデバイスに使用される材料

フィルムデバイスの材料は、主にベースフィルム材と回路形成材に分けられます。

ベースフィルムにはPET、COP、PC、PIなどの樹脂フィルムが使用されます。膜厚は150μm以下。最も薄いものだと10μmと、非常に薄いのが特徴です。

回路形成材料は、パターニングの方法によって分かれます。

エッチングプロセスでは、Cu , Ni ,Crなどの金属薄膜や、ITOなどの透明酸化物導電膜(TCO)が使用されます。

スクリーン印刷ではAgペーストやカーボンペースト、 有機導電材料などを用いています。またAgナノワイヤーなどの特殊材料を利用することで、低抵抗、フレキシブル性などの独自性を有するデバイスを開発することも可能になります。

フィルムデバイスでは樹脂フィルム自身やこれらの金属、機能性樹脂が持つさまざまな特性をうまく組み合わせていくことでその機能を発揮できるように設計がされます。

フィルムデバイスの今後

フィルムデバイスの最大の特徴は薄いことです。

使用時に、その存在をあまり感じさせないため、医療分野などで人の状態を確認するセンサーなどにも使われていくでしょう。

フィルムデバイスは、従来は固いものというイメージのあった電子部品の世界を変えていくでしょう。

現在では、タッチセンサーや面ヒーターなど、さまざまな応用例が考えられています。また柔軟に曲がり、皮膚のようになめらかに伸縮できるフィルムも開発されてきており、これまではデバイスを設置できなかった部位にも機能を配置することが可能になります。

今後は電子部品がフィルムデバイスに置き換わったり、発光ダイオード、コンデンサーのような要素がフィルムに代わっていくと考えられています。

そのため、例えばクレジットカードがお札のように薄く軽くなったり、曲がったり伸びたりするディスプレイの出現により、皮膚や衣服に貼り付ける端末が出現するかもしれません。

さらに現在では新しい薄膜材料の開発も活発になっていますので、フィルムデバイスはさらに進化を遂げていくでしょう

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