2023-05-10
PCB 製造は、特定の仕様セットに従って PCB 設計から物理 PCB を構築するプロセスです。設計仕様を理解することは、PCB の製造性、性能、生産歩留まりに影響を与えるため、非常に重要です。
従うべき重要な設計仕様の 1 つは、PCB 製造における「バランスの取れた銅線」です。回路性能を妨げる可能性のある電気的および機械的問題を回避するには、PCB スタックアップの各層で一貫した銅被覆率を達成する必要があります。
バランスの取れた銅線は、PCB スタックアップの各層に対称的な銅線パターンを配置する方法であり、基板のねじれ、曲がり、または反りを避けるために必要です。レイアウト エンジニアやメーカーの中には、層の上半分のミラー積層が PCB の下半分と完全に対称であることを主張する人もいます。
銅層はトレースを形成するためにエッチングされ、トレースとして使用される銅は信号とともに基板全体に熱を伝えます。これにより、内部レールの破損を引き起こす可能性のある基板の不規則な加熱による損傷が軽減されます。
発電回路の放熱層として銅が使用されているため、追加の放熱部品の使用が回避され、製造コストが大幅に削減されます。
PCB のメッキとして銅を使用すると、導体と表面パッドの厚さが増加します。さらに、めっきスルーホールを通じて堅牢な層間銅接続が実現されます。
PCB のバランスのとれた銅は、グランド インピーダンスと電圧降下を低減し、それによってノイズを低減し、同時に電源の効率を向上させることができます。
PCB 製造において、スタック間の銅の分布が均一でない場合、次の問題が発生する可能性があります。
スタックのバランスをとるということは、設計に対称的なレイヤーを含めることを意味します。そうする際の考え方は、スタックの組み立てや積層の段階で変形する可能性のある危険な領域を回避することです。
これを行うための最良の方法は、ボードの中央でスタック ハウスの設計を開始し、そこに厚いレイヤーを配置することです。多くの場合、PCB 設計者の戦略は、スタックアップの上半分を下半分とミラーリングすることです。
この問題は主に、銅表面のバランスが崩れているコアに厚い銅 (50um 以上) を使用することで発生します。さらに悪いことに、パターン内に銅の充填がほとんどないこともあります。
この場合、プリプレグがパターン内にこぼれ、その後の層間剥離や層間短絡を防ぐために、銅の表面に「偽の」領域または平面を追加する必要があります。
PCB の層間剥離なし: 銅の 85% が内層に充填されているため、プリプレグで充填するだけで十分であり、層間剥離のリスクはありません。
PCB 剥離のリスクなし
PCB の層間剥離のリスクがあります。銅は 45% しか充填されておらず、層間プリプレグの充填が不十分であり、層間剥離のリスクがあります。
基板層のスタック管理は、高速基板の設計における重要な要素です。レイアウトの対称性を維持するには、誘電体層のバランスをとることが最も安全な方法であり、誘電体層の厚さはルーフ層と同様に対称的に配置される必要があります。
しかし、誘電体の厚さを均一にすることが難しい場合があります。これは、いくつかの製造上の制約によるものです。この場合、設計者は公差を緩和して、不均一な厚さとある程度の反りを許容する必要があります。
アンバランスな設計でよくある問題の 1 つは、基板の断面が不適切であることです。銅の堆積は、一部の層で他の層よりも大きくなります。この問題は、銅の一貫性が異なる層にわたって維持されないという事実に起因します。その結果、組み立てられると、一部の層は厚くなりますが、銅の堆積が少ない他の層は薄いままになります。プレートに横方向から圧力がかかるとプレートが変形します。これを回避するには、銅の被覆率が中心層に対して対称である必要があります。
場合によっては、屋根層に混合材料を使用する設計もあります。材料が異なれば、熱係数 (CTC) も異なります。このタイプのハイブリッド構造では、リフロー組み立て時の反りのリスクが増加します。
銅の堆積にばらつきがあると、PCB の反りが発生する可能性があります。反りや欠陥の一部を以下に示します。
反りは基板の形状の変形に他なりません。基板のベーキングおよび取り扱い中に、銅箔と基板はさまざまな機械的膨張と圧縮を受けます。これにより、膨張係数にばらつきが生じます。その後、基板に内部応力が発生し、反りが発生します。
用途に応じて、PCB 材料はグラスファイバーまたはその他の複合材料になります。製造プロセス中、回路基板は複数回の熱処理を受けます。熱が均一に分散されず、温度が熱膨張係数 (Tg) を超えると、基板が反ってしまいます。
メッキプロセスを適切に設定するには、導電層上の銅のバランスが非常に重要です。銅の上部と下部、または各層でさえもバランスが取れていない場合、過剰めっきが発生し、接続のトレースまたはアンダーエッチングが発生する可能性があります。特に、これは測定されたインピーダンス値を持つ差動ペアに関係します。適切なめっきプロセスを設定することは複雑で、場合によっては不可能です。したがって、「偽」パッチまたは完全な銅で銅のバランスを補うことが重要です。
バランスの取れた銅を補給
追加バランス銅なし
簡単に言うと、テーブルの四隅が固定されていて、テーブルの上端がその上に出ていると言えます。それは弓と呼ばれ、技術的な欠陥の結果でした
弓は、カーブと同じ方向にサーフェスに張力を作成します。また、基板にランダムな電流が流れる原因になります。
ねじれは基板の材質や厚みなどの影響を受けます。ねじれは、ボードのいずれかの角が他の角と対称に揃っていない場合に発生します。ある特定の面が斜めに上がり、その後、他の角がねじれます。クッションをテーブルの一方の角から引っ張り、もう一方の角をねじるのとよく似ています。以下の図を参照してください。
ディストーションエフェクト
全長にわたる曲げ許容値 = 4 x 0.75/100 = 0.03 インチ
幅の曲げ許容値 = 3 x 0.75/100 = 0.0225 インチ
最大許容歪み = 2 x 5 x 0.75/100 = 0.075 インチ
反りおよびねじれの測定 IPC-6012 によると、反りおよびねじれの最大許容値は、SMT コンポーネントを備えた基板では 0.75%、その他の基板では 1.5% です。この規格に基づいて、特定の PCB サイズの曲げとねじれを計算することもできます。
弓の許容値 = プレートの長さまたは幅 × 弓の許容値のパーセンテージ / 100
ねじれの測定には、ボードの対角線の長さが含まれます。プレートが角の 1 つによって拘束され、ねじれが両方向に作用することを考慮すると、係数 2 が含まれます。
最大許容ねじれ = 2 x 基板対角長 x ねじれ許容率 / 100
ここでは、長さ 4 インチ、幅 3 インチ、対角線 5 インチのボードの例をご覧いただけます。
