形状と機能の交差点にある小型化されたPCB

近年、より小さなパッケージ、新しいフォームファクター、低消費電力、組み込み信号処理、センサー、イメージングインターフェイス、電力管理コンポーネントなどの機能の向上を必要とする新しい電子機器アプリケーションが急増しています。これらはすべて緊密な寸法に統合されており、場合によっては柔軟な基板。この傾向は、従来のPCBテクノロジーに多くの課題をもたらしています。以前は平面で剛性の高いPCBが主流でしたが、スマートウォッチ、IoTデバイス、その他のコンパクトなシステムの出現により、縮小し続けるパッケージサイズの輪郭に合うように設計された高度な新しい小型PCBの開発が促進されました。この新世代のPCBは、それ以前の世代とほとんど似ておらず、設計者は適応に苦労しています。

これらの傾向は、より細い導通線、高速信号伝送線、困難なインピーダンス制御とビア配置の慣行、および変更された基板と組み込みデバイスへの依存の増加に生産技術を強調するように設計者に影響を与えました。これにより、PCBの設計に関連する多くの制約が課せられ、システムの信頼性、機能、電力管理、および設計プロジェクトの全体的な成功に大きな影響があります。

無数の設計上の課題

もちろん、バッテリーの寿命は新世代のコンパクトな電子機器にとって重要な考慮事項であり、これはPCBの設計に無数の影響を及ぼします。設計者は、バッテリ寿命の短縮につながる信号損失と伝搬の問題に注意し、シグナルインテグリティ、電力管理、およびEMIの問題にさらに注意を向ける必要があります。シグナルインテグリティの問題は、PCBの屈曲により高速信号が歪む場合にインピーダンス制御に負担がかかる可能性がある、フレキシブルPCBで特に顕著になります。

前述の信号と干渉の課題に対処するには、抵抗、コンデンサ、インダクタなどの追加の受動デバイスが必要になります。また、利用可能なパッケージスペースが不足しているため、通常、これらのデバイスをPCBに組み込む必要があります。しかし、パッシブデバイスをPCBに埋め込むことは、成熟した開発された機能ではなく、機能の問題につながる可能性があります。おそらく、デバイスが電力を保持できないか、信頼性が期待どおりではなく、設計フローに多くの制限が課せられます。

コンパクトな電子デバイスの機能を向上させるには、多くの場合、近接場RF通信を採用する必要があります。これは、PCB設計に組み込む必要のあるさらに別の機能です。従来の電子機器では、RFコンポーネントは頑丈で剛性が高く、コストの高い材料に収容されており、十分なスペースがあります。コンパクトなデバイスでは、より薄く、より柔軟な材料を使用する必要がありますが、設計者は主流のPCB設計原理から外れるように圧力をかけられます。銅のトレースは、はるかに高い精度で形成する必要があり、線の間の距離ははるかに狭くなります。 PCB層間のビアの配置も影響を受け、これらの相互接続のサイズと位置に影響を与えます。周囲のPCB層が従来のガラス繊維組成を採用していない場合は、これらのビアを強化するために代替材料を置き換える必要があります。リジッドPCB。

小型化されたPCB製造の革新

新世代のコンパクトな電子デバイスに固有の主要な課題に対応するために、レーザーダイレクトイメージング（DI）システムがPCBメーカーによってますます採用され、10ミクロンのフィーチャサイズの非常に薄い導体を形成しています。理想的なDIソリューションは、高い生産速度でも高い登録精度と最適な品質のバランスを提供する必要があります。適切に高い焦点深度により、PCBの地形変化に対して良好な結果が得られ、正確な線の均一性が得られます。これらのシステムは、フロントエンドリソグラフィに代わる低コストの代替手段を提供し、はんだマスク位置決め技術の継続的な革新により、組み込み電子産業はまもなく10ミクロン未満のラインを達成する準備が整います。

図。ダイレクトイメージングにより、10µmのフィーチャーサイズのmSAPおよび高度なHDIPCBが可能になりました。 （出典：Orbotech）

並行して、高度なUVレーザー穴あけシステムを使用して、ABF、ポリイミド、セラミック、樹脂、モールドコンパウンド、金属およびソルダーレジストなど、さまざまな薄さと強度のさまざまな材料に小さなビアを穴あけすることができます。ビアの底部にアンダーカットがなく、6ミクロンまでの位置合わせ精度があります。

これらのシステムは、今日の電子機器の製造プロセスを合理化するように設計されており、より薄く、より小さく、柔軟性があり、より高い機能を備えているため、小型化されたPCBの製造業者は、製造スループットを向上させながら、製造の精度と品質を向上させることができます。

ビジネス面では、これらの生産システムへの投資は、最終的にPCBサプライヤーの総収量を改善し、したがって彼らの利益を改善するはずです。多くの製造工場は、歩留まり管理の懸念から、小型化されたPCBを使用した高機能デバイスの製造を避けてきました。新世代のPCB検査、イメージング、およびレーザー穴あけシステムは、歩留まりのリスクを大幅に低減します。同時に、これらのシステムは、継続的なPCBの小型化によって課せられる厳しい制約の下でも、許容可能なレベルで歩留まりを維持する修理機能を備えた、より小さな寸法と新しいPCB材料に対応します。

ギルティドハー Orbotechのグローバル製品組織（GPO）の共同責任者であり、ユニットの全体的な活動の管理と積層造形製品の開発を担当しています。ギルは、電気光学、物理学、システムエンジニアリングのさまざまな分野で技術リーダーおよびマネージャーとして25年以上の経験があり、業界と新興企業。ギルは彼の専門分野で多くの特許を取得しており、いくつかの論文を発表しています。彼はまた、SPIEDSS国際年次シンポジウムの会議委員会メンバーおよびセッションチェアを務めました。