多層PCB製造における7つの主要課題と専門家の洞察

プリント基板（PCB）は、全ての電子機器を意図通り動作させる核心部品です。したがって、プリント基板で何かが間違えば、電子デバイスは意図した性能を発揮できません。プリント基板の問題は、多くのことが間違える可能性があるため、メーカーにとって重大な課題です。特に多層PCB製造プロセスでは顕著です。以下に、多層PCB製造プロセスにおける7つの問題を挙げます。これらの問題を把握しておけば、設計者として基板構築時にそれらを念頭に置き、回避して基板へのダメージを防止できます。

設計段階の課題：反り（ボウ）とねじれ（ツイスト）

多層プリント基板設計時、ボウ（反り）とツイスト（ねじれ）の問題が発生する可能性があります。ボウとツイストは、PCBの平坦度を判断する最も一般的な特性です。ボウは、プリント基板の円筒状または球状の湾曲です。一方、ツイストは、変形がプリント基板の対角線にやや平行に生じる状態です。多層PCBメーカーがボウとツイストの発生を抑制するために取れる手順はいくつかあります。第一に、多層PCBプレス時に適切なパラメータを使用し、基板への応力を低減します。第二に、複数サプライヤーからの材料混在を避けます。第三に、使用材料がRoHSガイドラインを満たすものであること。PCB製造者として、硬化プロセスで水平炉を使用し、ボウとツイスト問題を回避する必要があります。

多層PCBプレス工程の課題

多層プリント基板とは、単一層数を超える層を持つ基板であり、スタックアップ（積層構造）が必要です。スタックアップとは、絶縁層と銅層を配置してプリント基板を作る、PCBレイアウト設計前の段階です。多層プリント基板製造において、課題となるのが絶縁層と銅層を一緒にプレスする工程です。大半の多層プリント基板メーカーは、多層プリント基板コンポーネントを一緒にプレスする際に困難に直面します。多層プリント基板のスタックアッププロセスを円滑に進めるには、メーカーが仕事に適した最良の機械と、最良のラミネート材料を使用することを確認必須です。

基板材料（基材）選定の重要性

プリント基板材料は二つの本質的目的を果たします。第一に電気を伝導し、第二に伝導銅層間の絶縁を提供します。したがって、基板材料の選定が、プリント基板の成否に直結する理由は明確です。基板に使用する書類（※原文「documents」は「materials」の誤記と判断し修正）は、PCBの熱的振る舞いに影響するだけでなく、PCBの機械的・電気的特性にも影響します。

1. 誘電率

大半のプリント基板機能が基板材料で決まるため、高周波対応の基板材料は、高周波・高速PCBでの適用が必要です。しかし、高周波基板材料は、小さく安定した誘電率を備える必要があります。

2. 基板材料特性

また、基板材料は耐熱性、安定性、衝撃強度、耐薬品性、製造適性でも優れている必要があります。高速・高周波プリント基板向け基板材料は、低吸湿性を特徴とする必要があります。銅箔も高剥離強度に適合する必要があります。

3. 絶縁性

FR4（FR-4）は、優れた性能を発揮する最も汎用的で低コストな多層基板材料の一つとして知られています。FR-4材料は、高い誘電強度を伴う最高の電気絶縁性を提供します。

多層PCB製造─レジンプラグビア製造

レジンプラグ工程は、特に大厚み・高層数を必要とする高周波製品において、プリント基板業界全体で標準的なプロセスです。最近、レジンプラグ工程の適用がより広範囲になり、HDIパネルで広く使用されるようになりました。圧力充填やグリーンオイルプラグでは解決できない問題を解決・排除する意図がある場合、レジンプラグの採用が望ましいです。多層プリント基板製造において、レジンプラグホールは大半のメーカーが直面する問題です。しかし、この問題を解決する最善策は、真空プラグマシンを使用することです。レジンプラグは、特にハンダ付けと実装プロセス中、不要なハンダ材料の流入からビアを守る予防措置です。プリント基板製造におけるレジンの主用途は、繊維を結合し、外部要因から保護することです。

高密度放熱ホール製造の課題

プリント基板製造において、放熱に関する問題に直面することがあります。放熱は熱伝達の一形態です。より高温な物体が、より低温な物体が存在する環境に置かれると、高温コンポーネントの熱が低温オブジェクトに移転する現象です。放熱は、対流、伝導、放射など複数の方法で発生します。放熱問題は、多くのプリント基板メーカーが直面する課題です。しかし、高密度放熱に対処するには、アルミニウムなど最良・推奨の放熱材料を使用するのが賢明です。

多層PCB製造─バックドリル製造

バックドリルは、多くの高速多層プリント基板で、メッキスルーホールによって生成される寄生成分を減らす・最小化するために一般的に使用される優れた製造技術です。バックドリル（制御深度ドリルとも呼ばれる）は、プリント基板のスルーホールから、未使用部分、スタブ、銅バレルを除去する技術です。バックドリルは、プリント基板上のノイズ干渉を低減し、信号完全性を向上させ、プリント基板製造の難易度を下げます。多層プリント基板製造において、バックドリルは多くのメーカーが直面する大きな課題です。遭遇しやすいバックドリル課題には、ホールクリーニング、バライトサグ、パイプスタック、循環損失、シェール不安定性などがあります。

多層PCB製造─テスト工程

プリント基板のテストフェーズは、PCB開発サイクルにおいて必須の部分です。プリント基板製造全体を通じて実施されます。プリント基板テストは、最終生産ランでの問題や困難を防ぎ、コスト削減に役立ちます。残念ながら、多層製造において、大半のPCB製造企業は最良のPCBテスト手法の採用に失敗します。最良かつ推奨されるプリント基板テストには、ベアボードテスト、インサーキットテスト、ファンクショナルテスト、アセンブリレベルテストがあります。テスト、特に多層プリント基板では、基板内の技術的欠陥を特定します。

まとめ

以上、多層プリント基板製造プロセスにおける7つの問題でした。次回、多層プリント基板を作る際は、WellPCBを信頼してください。WellPCBでは、上記問題を回避することを目的とした厳格なテスト手順と、高品質な多層基板製造経験を備えています。WellPCBは顧客満足を最優先する透明性の高い企業です。緊急の多層プリント基板オーダーがあるなら、WellPCB以外にありません。