相互接続欠陥：デブリ駆動型と銅結合不良の解説

あなたの回路基板に関して懸念される1つは、相互接続欠陥（ICD）です。相互接続欠陥とは正確に何であり、それについて何ができるでしょうか？この厄介な問題について知っておくべき基本情報を紹介します。

相互接続欠陥（ICD）とは

相互接続欠陥は、プリント基板の問題で、回路故障につながる可能性があります。プリント基板には内部接続があり、通常ビアと呼ばれます。ここでメーカーは内層回路を通して穴を開けます。メーカーがPCBを処理する際、穴に銅を入れて内層回路を互いに、およびプリント基板の表面に接続します。これにより、コネクタやコンポーネントを基板表面に配置でき、回路が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を作ると問題が発生します。これらの相互接続欠陥の結果は、オープン回路、またはより高温での断続的欠陥の可能性があります。したがって、相互接続欠陥は回路を最終的に故障させる可能性があります。

プリント基板の相互接続欠陥の課題の1つは、PCB構築中に異常を検出できない可能性があることです。基板はテスト中は正常に動作するかもしれませんが、組立や使用時に問題を露呈し、実際にシステムに深刻な損害を与える可能性があります。

相互接続欠陥は、検出が遅すぎるまで難しいため、PCB製造業者とサプライヤーの間でますます懸念が高まっている問題です。この問題は近年ますます顕在化しています。

相互接続欠陥には2つの主要なタイプがあります：デブリ・ベースのICDと銅結合不良ICD。それぞれ独自の懸念と問題トラブルシューティング・アプローチを伴います。

デブリ・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。メーカーが回路基板に穴を開ける際、デブリをすべて除去することは製造プロセスの一部と推定されますが、これは常に起こるとは限りません。ドリル・デブリ残留物、ドリル・スミア、無機フィラー、ガラス繊維が見落とされることがあります。これらは内層銅表面に埋め込まれ、相互接続欠陥を引き起こす可能性があります。

すべてのPCBメーカーが回路基板に穴を開ける際のデブリ残留問題を認識しているはずなのに、なぜデブリ・ベースのICDが起こるのでしょうか？より多くのメーカーが低Dk/低Df材料を使用しており、無機フィラー・タイプを使用しているためかもしれません。これらの材料は一部の面でよりコスト・エフェクティブかもしれませんが、穴あけ時により多くのデブリを生成し、標準FR-4エポキシ材料より化学的に耐性があることが多いです。クリーニング努力に抵抗するより多くのデブリは、自然にデブリが残されやすくなり、欠陥をもたらします。

銅結合不良ICD

銅結合不良ICDでは、組立プロセス中またはPCB使用中の高応力と、弱い銅結合が組み合わさって、銅接続が物理的に剥離します。当然、銅結合が弱いほど、それを破断させ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プリント基板で銅結合不良ICDを見つける可能性があります。

なぜ銅結合不良相互接続欠陥の発生率が増加しているのでしょうか？より多くのメーカーがより高い鉛フリー・ハンダ付け温度とより厚いプリント基板を現代で使用しています。より大きな穴サイズ、より厚いプリント基板、ウェーブ・ハンダ付けは、すべて銅結合不良ICDにつながる識別可能な要因です。

銅結合不良ICDは、銅接続が破断するときに発生します。これは、組立または使用時の高応力、銅結合が弱い、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関連です。穴サイズ増加、PCB厚み増加、ウェーブ・ハンダ付けはすべて銅結合ICDのリスクを高める傾向があります。過去10年間の基板厚み増加とより高い鉛フリー・ハンダ付け温度に関連して、このICDタイプの発生率が高くなっています。

信頼性テストでは、銅結合不良ICDが重要な問題であることが判明しています。デブリ・ベースのICDは信頼性に関する研究では有意性を示していませんが、依然としてコストのかかる問題であり、プリント基板のすべてのユーザーが注意すべきです。

層分離の原因

ICDには2つの一般的な原因があります：銅結合不良と過剰デブリ。一部の専門家は原因に基づいてICDを分類しますが、この記事では欠陥位置に基づくタイプを使用します。それらのカテゴリについては次のセクションを参照してください。ここではICDの2つの主な原因に焦点を当てます：

• デブリ・ベースのICD： 穴あけプロセス中にデブリが相互接続ホールに入る。ドリル・スミアとガラス・無機フィラーからの粒子もこれらのホールに蓄積する可能性があります。これらの物質を洗浄することは製造プロセスの標準部分ですが、時々このステップが正しく行われないか、見落とされます。デブリは無機フィラーを特徴とする低損失材料で最も頻繁にICDを引き起こします。
• 銅結合不良ICD： 他のケースでは、ICDはデブリ閉塞から来ません。代わりに、内部銅層が接続できないか破断します。これは結合が高応力を経験するか、十分に強い結合を持たないときに起こり得ます。より厚いPCBとより大きな穴は、銅結合不良ICD発生リスクを高めます。メーカーは、基板厚みのような技術変化により、近年このICDタイプをより頻繁に見ています。PCB設計が進歩するにつれ、このタイプの故障が減ることを願います。

高レベルの樹脂、少量の銅、より低い耐温性材料の使用などの要因は、ICDリスクを高めます。未硬化基板も層分離に対して非常に脆弱です。

分離のタイプ

PCB内の位置で分類すると、ICDは3つのカテゴリのいずれかに分類されます：

• タイプI： 内層銅と無電解銅の界面で発生
• タイプII： 無電解銅と電解銅の界面で発見
• タイプIII： 無電解銅層内に位置

タイプIとタイプIIIのICDは通常、無電解銅プロセス中の不良管理（銅結合不良）が原因で発生し、タイプIIのICDは汚染（デブリ・ベース）によって発生します。ICDの位置を特定するには、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、基板の見やすい断面を取得します。タイプIIIのICDは検出に精密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。

プリント基板の相互接続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基板問題と同様、ICD問題の回避は堅実なPCB設計にかかっています。信頼性の高い設計と一貫した、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・ビット加熱と無機フィラー材料の使用は、回避可能なデブリ・ベースICDにつながる要因です。適切な材料を使用し、デスミア・プロセスをより積極的に行うことで、デブリ・ベース相互接続欠陥のインスタンスを大幅に減らせます。

潜在的な銅結合不良ICDに関しては、強い結合を形成できるよう内層銅表面を洗浄することが極めて重要です。無電解銅堆積の適切な厚みと結晶構造を確保し、必要な強度を持たせることも、銅結合不良ICDを避ける良い方法です。

上記に加え、穴サイズと基板厚みの制御は相互接続欠陥を抑制するのに役立ちます。効果的な解決策の1つは、ハンダ付けスルーホール・コネクタを排除することです。

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