マイクロサーキットボードの習得：必須設計ヒントとトリック

マイクロサーキットボードとは？

マイクロPCB

今日の技術は過去とは大きく異なります。電気部品のサイズは著しく小さくなり、プリント基板も同様。サイズ縮小によりPCBメーカーはマイクロサーキットボードを開発可能に。これらは通常PCBの約半分のサイズ。しかし、小型基板には新しい設計ルールが必要。本記事ではマイクロサーキットボードの構築方法、マイクロPCB設計ガイドライン、これらの回路で可能なことを学びます。

マイクロサーキットは通常PCBに似ていますが、より小さな設計。より細いトレースとビアで小型回路設計を可能にします。標準PCB設計手法とは異なる設計手法が必要。従来の材料とプロセスでは作れないため、より高度。マイクロサーキットボード設計に適した手法はフォトリソグラフィー。

従来PCBの最小ライン幅は75ミクロンですが、マイクロサーキットボードでは30ミクロンまで可能。

従来型PCB

マイクロサーキットボードの作り方

まず、微細ラインをどの程度小さくするか検討。30ミクロンで作業する場合、通常の1オンス銅層は不要。ライン幅を縮めるほど厚みも減少。

ただし、薄い銅トレースが回路基板に問題を生じさせるわけではありません。しかし、大電流アプリケーションでは問題になります。簡単な解決策：太く特定のトレースで大電流フローを処理。

30ミクロンの微細ラインは堅牢で信頼性高いですが、物理的虐待で損傷する可能性あり。はんだマスクで物理的力への耐久性向上可能。

銅を基板表面に密着させるのはトリッキーですが、マイクロトレースを基板表面に密着させる手法あり。

小さなビアの物理的限界に注意。50または2ミクロン以下で設計する場合、基板穴壁のメッキが困難で品質の悪いビアになる恐れ。ラミネート厚もビア最小直径を決定。

従来の回路基板技術より新技術選択で時間、労力、コスト削減可能。

最小PCBを作るためのヒントとトリック

PCB穴とトラック

1. マイクロサーキットボード設計時の考慮要素：最小トレース幅、ドリル穴、最小はんだマスククリアランス、テキストサイズ等多数。これらの組み合わせで基板サイズが決定
2. ブラインドビアとベリードビア（ネイルベッド）を常に考慮。基板設計に不可欠で最小基板実現に貢献
3. ビアの役割：基板層間トレース接続。従来オプションは設計ルーティングスペースを削減。大型基板を避けるなら代替案必要。ブラインドビアは外層と内層接続でルーティングスペース削減。ベリードビアは各内層接続（外層非接続）。十分な基板スペース不要で安定製品実現
4. コンポーネント間スペースを見落とさない。設計で電子部品を近接配置するとトレースルーティングスペースを圧迫
5. ピン数多いコンポーネントはより多くのスペース必要。適切な間隔でマイクロサーキットボードへのはんだ付け容易化
6. 常に基板の標準ピン番号を使用。方向性維持、検査とはんだ付け時のリスク低減。製造懸念軽減しつつ基板サイズ縮小

マイクロサーキットボードの用途

技術小型化に伴い小型PCB需要増大。マイクロサーキットボードは様々な用途で活用：

• LED
• 半導体
• マイクロ波
• 産業用
• 計測機器
• パワーエレクトロニクス
• 受託製造
• 医療機器

マイクロPCB設計ガイドライン

1. 穴サイズ

大きなPCB穴

マイクロPCB設計時、従来PCB設計要素をすべて排除。アプリケーションを小型化するため完全なリモデリング必要。従来設計のみ精通している場合、この作業は困難。避けるべきミスの一つ：大きな穴の作成。穴が大きすぎるとマイクロPCBは効果的でなく、準標準品や非機能品になるだけ。適切なメーカーとの協業が不可欠。

メーカーはマイクロPCB設計を貴社基準まで製造する専門家として機能。

2. マイクロビア

PCBマイクロビア

HDI技術のためHDI多層PCB設計必要。銅層をHDI多層として機能させ可能。それだけでなく、薄い銅層接続のためマイクロビア必要。レーザードリルで2-3ミル径の穴作成可能。または60ミル厚で5.9ミル貫通穴作成可能。ドリル穴とレーザードリル穴は異なる：ドリル穴は12ミルパッド/6ミルホール、レーザードリルマイクロビアは5ミルパッド/3ミルビア使用可能。

3. 銅厚

銅付き回路基板

3ミル微細ライン回路では1オンス銅が一般的厚さ。対照的にマイクロ回路は30ミクロン幅あたりオンス単位。このためトレースが基板表面メッキから離れる必要なし。製造には通常パターンメッキで十分。パターンメッキで回路全体を接続可能。対照的にワイヤーボンディングメッキは電気的接続。

4. 電気的テスト

技術進化に伴いより小さなランディングパッド必要。現状、リジッド/フライングプローブ技術の下限は2-3ミル。時間経過でより小型基板対応に低下予定。マイクロPCBでより小さなポイント（エッジストリップコネクタ等）使用時は延長部使用。3-4ミル延長パッドでラインを基板外に延伸可能。

5. 識別マーキング

通常シルクスクリーン画像はマイクロ回路に使用不可。単純に小型回路には大きすぎるため。代わりにインクジェットプリンターのようなより小さな識別マーキング解像度を試用。

6. 信頼性

標準PCBラミネートをマイクロ回路とHDIに使用可能だが限界あり。対照的にFR-4タイプラミネートで片面/両面マイクロ回路製造可能。ただしマイクロ貫通穴ドリル用に十分薄いことが条件。

7. セキュリティマーキング

識別だけでなくセキュリティマーキングも必要。自社イメージをはんだマスクに挿入可能。バーコード使用推奨。肉眼では見えないほど微小。

8. はんだマスク

はんだマスク

最近の技術で30ミクロン微細ライン作成可能。しかし、はんだマスクにはこの技術不在。はんだマスク限界は依然75ミクロン位置精度と画像解像度。鉛フリーはんだ合金使用を忘れずに。

9. 仕上げ処理

通常PCB用仕上げも使用可能だが、マイクロ回路専用仕上げ推奨。ワイヤーボンダブルソフトゴールド、銀、浸錫でマイクロ回路設計を仕上げ可能。

10. メーカー能力の確認

PCBメーカー

特定アプリケーションに関わらず、メーカーが何ができるか知ることは常に重要。マイクロPCB設計プロセスの極めて重要なステップ。基準と仕様を満たせないメーカーではスムーズに進まない。マイクロ回路は依然複雑で、一部メーカーはほとんど支援できない。設計プロセス深入り前にメーカーが基準を満たすか確認。設計もガイドライン内に収める必要あり。メーカーが要求満たせない場合は設計やり直し。やり直しは遅延、市場投入速度とターンアラウンドタイム低下の原因。

12. エンジニアとのチェックイン

PCB製造会社が基本要件を処理できると確信したら、その会社のエンジニアに連絡。理想的には設計プロセス全体を通じてこのエンジニアと連携。エンジニアはマイクロPCB設計のガイドとしても機能。残念ながら多くの会社がエンジニア主導サービスを提供しない。エンジニアサポートにアクセスできない場合、設計プロセス深入り前に他製造会社を検討すべき。

最後に

レーザーカット回路基板

技術進歩はより小型回路基板を要求。通常PCBの半分または四分の一サイズでも、パワーと能力で妥協なし。これら小型PCBは様々な用途で複数製品創出可能。標準PCBより回路設計が便利。基板サイズは設計次第。設計ソフトウェアでレイアウト作成、基板サイズ迅速縮小可能。マイクロサーキットボードについてどう思われますか？マイクロPCB製造ご希望の場合はお気軽にお問い合わせください。