相互接続の欠陥—破片ベースおよび銅結合の障害

回路基板に関して懸念されることの1つは、相互接続の欠陥、つまりICDに関するものです。相互接続の欠陥とは正確には何ですか、そしてそれらについて何ができますか？この厄介な問題に関して知っておく必要のある基本情報は次のとおりです。

相互接続の欠陥（ICD）とは何ですか？

相互接続の欠陥は、回路障害につながる可能性のあるプリント回路基板の問題です。プリント回路基板には、通常ビアと呼ばれる内部接続があり、製造元が内層回路をドリルスルーします。メーカーがPCBを処理するとき、銅をドリル穴に入れて、内層回路を相互に接続し、プリント回路基板の表面に接続します。これにより、コネクタまたはコンポーネントをボードの表面に配置し、回路を層間で接続できるようになります。

メーカーがPCB設計を適切に製造できず、メッキと内層銅の近くに欠陥が生じると、問題が発生する可能性があります。これらの相互接続の欠陥の結果は、開回路、または高温での断続的な欠陥である可能性があります。したがって、相互接続の欠陥により、回路が最終的に故障する可能性があります。

プリント回路基板の相互接続欠陥の課題の1つは、PCBの構築中に異常を検出できない可能性があることです。ボードはテスト中は正常に動作する可能性がありますが、実際にシステムに重大な損傷を与える可能性がある場合は、組み立て中または使用中に問題が明らかになります。

相互接続の欠陥は、手遅れになるまで検出が難しい場合があるため、PCBメーカーとサプライヤーの間でますます大きな懸念事項になりつつあります。この問題は、近年ますます発生しています。

相互接続の欠陥には、主に2つのタイプがあります。デブリベースのICDと銅線の障害ICDSです。それぞれが、問題のトラブルシューティングに対する独自の懸念とアプローチをもたらします。

破片ベースのICD

デブリベースのICDは、穴あけプロセスからのデブリが相互接続ホールに入るときに発生します。製造プロセスの一環として、製造業者は回路基板に穴を開けた後にすべての破片を取り除くと推測されますが、これは常に発生するとは限りません。ドリルの残骸、ドリルの汚れ、無機フィラー、グラスファイバーが見落とされることがあります。次に、それらは内層の銅表面に埋め込まれ、相互接続の欠陥が発生する可能性があります。

すべてのPCBメーカーが回路基板に穴を開けるときに破片を残すことを取り巻く問題を認識している必要があるのに、なぜ破片ベースのICDが発生するのですか？これは、無機フィラータイプを使用する低DK/低DF材料を使用するメーカーが増えているためと考えられます。これらの材料は、いくつかの点で費用効果が高い場合がありますが、穴あけ時に多くの破片を生成する可能性があり、標準のFR-4エポキシ材料とは対照的に多くの場合化学的に耐性があります。当然のことながら、清掃作業に抵抗する破片が多いということは、破片が置き去りにされて欠陥が生じる可能性が高いことを意味します。

銅結合不良ICD

銅結合障害ICDでは、組み立てプロセス中またはPCB使用中の高い応力が、弱い銅結合と相まって、銅接続を物理的に切断します。当然、銅の結合が弱いほど、それを切断するために必要な応力は少なくなります。 HDIマイクロビアや標準のプリント回路基板に銅結合不良ICDが見られる場合があります。

銅結合の故障相互接続欠陥の割合が増加しているのはなぜですか？現代では、より多くのメーカーがより高い鉛フリーはんだ付け温度とより厚いプリント回路基板を使用しています。より大きな穴のサイズ、より厚いプリント回路基板、およびウェーブはんだ付けはすべて、銅結合障害ICDにつながる可能性のある識別可能な要因です。

銅線接続障害ICDは、銅線接続が切断されたときに発生します。これは、組み立てまたは使用中の高い応力、銅の結合が弱い、またはその組み合わせによって引き起こされます。この故障モードは設計に関連しています。穴のサイズ、PCBの厚さ、ウェーブはんだ付けの増加はすべて、銅結合ICDのリスクを高める傾向があります。このICDタイプの割合は高く、これは過去10年間の基板の厚さの増加と鉛フリーはんだ付け温度の上昇に関連しています。

信頼性テストでは、銅線の破損ICDが重要な問題であることがわかりました。破片ベースのICDは、信頼性に関する研究では重要性を示していませんが、それでもコストのかかる問題である可能性があり、プリント回路基板のすべてのユーザーが注意する必要があります。

レイヤーの分離の原因は何ですか？

ICDには、銅結合の障害と過剰な破片という2つの一般的な原因があります。一部の専門家は原因に基づいてICDを分類しますが、この記事では、欠陥の場所に基づいてタイプを使用します。これらのカテゴリの詳細については、次のセクションにスキップしてください。今のところ、ICDの2つの主な原因に焦点を当てます。

• 破片ベースのICD： 穴あけプロセス中に、破片が相互接続穴に入る可能性があります。ガラスや無機フィラーからのドリルスミアや粒子もこれらの穴に蓄積する可能性があります。これらの物質を一掃することは製造プロセスの標準的な部分ですが、このステップが正しく行われなかったり、見落とされたりすることがあります。破片は、ほとんどの場合、無機フィラーを特徴とする低損失材料でICDを引き起こします。
• 銅結合不良ICD： その他の場合、ICDは破片の閉塞によるものではありません。代わりに、内側の銅層が接続に失敗するか、破損します。これは、結合に高い応力がかかっている場合、または結合が十分に強力でない場合に発生する可能性があります。より厚いPCBとより大きな穴は、銅結合障害ICDが発生するリスクを高めます。製造業者は、ボードの厚さなどの技術の変化により、近年、このタイプのICDをより頻繁に見ています。 PCBの設計が進むにつれ、この種の故障が少なくなることを願っています。

高レベルの樹脂、銅の量の減少、耐熱性の低い材料の使用などの要因により、ICDのリスクが高まります。硬化が不十分なボードも、層の分離に対して非常に脆弱です。

分離の種類

PCB内の場所で分類すると、ICDは次の3つのカテゴリのいずれかに分類できます。

• タイプI： 内層の銅と無電解銅の界面で発生します
• タイプII： 無電解銅と電解銅の界面で見つかりました
• タイプIII： 無電解銅層内にあります

タイプIおよびタイプIIIICDは通常、無電解銅プロセス中の制御不良（銅結合の破損）が原因で発生しますが、タイプII ICDは汚染（破片ベース）が原因で発生します。 ICDの位置を決定するために、メーカーはマイクロセクショニング技術と表面エッチングを使用して、ボードの断面を見やすくします。タイプIIIICDは、検出するために正確なテストを必要とするため、ICDテストに細心の注意を払うことが重要です。

プリント回路基板の相互接続の欠陥トラブルシューティングのヒント

ほとんどのプリント回路基板の問題と同様に、ICDの問題を回避することは、堅実なPCB設計に帰着します。信頼性の高い設計と一貫性のある思慮深い製造プロセスは、欠陥のない回路基板の作成に大いに役立ちます。ドリルビットの加熱と無機フィラー材料の使用は、回避できる破片ベースのICDにつながる要因です。適切な材料を使用し、スミアリングプロセスをより積極的に行うことで、破片ベースの相互接続欠陥のインスタンスを大幅に削減できます。

潜在的な銅結合障害ICDに関しては、強力な結合を形成できるようにするために、内層の銅表面をクリーニングすることが重要です。無電解銅堆積物に適切な厚さと粒子構造があり、必要な強度があることを確認することも、銅結合の破損ICDを回避するための良い方法です。

上記に加えて、穴のサイズとボードの厚さを制御することで、相互接続の欠陥を抑えることができます。効果的な解決策の1つは、はんだ付けされたスルーホールコネクタを取り除くことです。

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