はじめに
厚銅 PCB は、銅の厚さが 2 オンス (70 μm) を超える特殊な回路基板です。銅の厚さが厚くなると、電流容量の向上、優れた熱管理、信頼性の向上など、いくつかの明確な利点が得られます。これらの特性により、厳しい条件下で堅牢な電気性能と耐久性が求められるアプリケーションでは、厚銅 PCB が不可欠なものとなっています。
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厚銅 PCB
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多層 PCB
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リジッドフレックス PCB
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フレキシブル PCB
厚銅 PCB とは何ですか?
厚銅 PCB とは、銅の厚さが 2 オンス (70 μm) を超える回路基板を指し、「厚い」銅 PCB という用語よりも好まれます。さまざまな標準重量でご利用いただけます:
2 オンス (70 μm)
3 オンス (105 μm)
4 オンス (140 μm)
6 オンス (210 μm)
8 オンス (280 μm)
10 オンス (350 μm)
主な属性:
通常は FR-4 誘電体材料を使用
主に外層ではなく内層に使用
メッキ スルー ホール (PTH) は、多くの場合、プラグまたは充填が必要です
正確な位置合わせとラミネート プロセスが必要です
厚銅 PCB により、次のことが強化されます:
熱性能
電流容量
用途:
LED 照明
パワー エレクトロニクス
電気自動車インバーター
これらの属性により、堅牢な熱管理と高電流機能を必要とするアプリケーションでは、厚銅 PCB が不可欠です。
厚銅PCBの利点
厚銅 PCB は、標準の 1 オンス銅に比べて、次のような大きな利点があります。
高電流容量: 厚い銅は電流密度を低減し、発熱を抑え、より高い電流処理能力を実現します。
熱性能の向上: 厚い銅は熱伝導率が高いため、熱拡散が強化され、コンポーネントの温度が下がります。
抵抗の低減: 銅層が厚くなるとシート抵抗が減り、伝導性が向上し、抵抗損失が最小限に抑えられます。
効果的な電力分配: 厚い銅の内層は、多層 PCB の堅牢な電力分配プレーンとして機能し、グラウンド バウンスとノイズを低減します。
信頼性の向上: 熱応力、疲労、電気負荷による損傷に対する耐性が高くなるため、長期的な信頼性が向上します。
EMI およびノイズ シールド: 埋め込まれた厚い銅層は、電磁干渉とクロストークに対する効果的なシールドを提供します。
これらの特性により、高信頼性、熱管理、電気性能が求められるアプリケーションには、厚銅 PCB が不可欠です。
厚銅PCB製造の概要
厚銅 PCB の製造には、標準 PCB と比較して、その固有の要件に合わせて調整された特殊な製造プロセスと装置が必要です。
銅被覆ラミネートの調達
厚銅 PCB は、さまざまな重量のロール銅箔で覆われた FR-4 ラミネートから始まります:
1⁄2 オンス (18 μm)
1 オンス (35 μm)
2 オンス (70 μm)
3 オンス (105 μm)
銅箔は、接着剤または融着法を使用して、FR-4、CE 樹脂、炭化水素、セラミック、テフロンなどの誘電体コアに接着されます。
位置合わせとレイアップ
厚い銅の許容誤差の問題 (2 オンス銅の場合は ±10%) があるため、レイアップ中の層の正確な位置合わせは重要です。自動光学位置合わせシステムにより、正確な位置合わせが保証されます。
ラミネート
厚銅のラミネートには、銅と誘電体材料間の強力な接着を確保するために、標準 PCB と比較して高い圧力、温度、時間が必要です。
メッキスルーホール (PTH)
厚銅 PCB の PTH には、ラミネーション中に閉じ込められたガスや剥離を防ぐために充填またはプラグが必要です。充填オプションには、メッキ銅充填、導電性ペースト、非導電性エポキシプラグなどがあります。
エッチング
厚い銅層のエッチングには長い時間がかかります。パネルエッチング中の攪拌により均一性が向上し、エッチング時間を延長するには厚いエッチングマスクが必要になることがよくあります。
ピラーメッキ
エッチング後、パッドとビアの周りに厚い接続ピラーを形成するために追加の銅がメッキされ、エッチングプロセス中の銅の損失を補います。
自動光学検査 (AOI)
厚銅層の目視検査は困難です。AOI システムは、位置合わせの検査、欠陥の検出、銅オーバーメッキボイド (COPV) のクリアランスの確保に不可欠です。
テストと認証
電気テストでは接続性と連続性を検証し、厚銅 PCB の高い信頼性を保証するために IPC 6012 クラス 3 認証が推奨されます。
厚銅PCB設計ガイドライン
厚銅 PCB の主な設計上の考慮事項:
層のスタッキング:
1.反りを最小限に抑えるため、厚い銅層を基板の中央近くに配置します。
2.位置合わせの問題を軽減するため、外側の層を互いに隣接させないでください。
3.隣接する誘電体層間で繊維織りの方向を 90° 回転させて、寸法安定性を高めます。
コンポーネントの配置:
1.ソルダーマスクが完全に覆われるように、プレーン層から十分なクリアランスを確保します。
2.コンポーネントが内側の銅層に落とす影を考慮します。
3.意図しない電気接続を防ぐため、ドリル穴で露出した銅を確認します。
熱管理:
1.熱を発生するコンポーネントを厚い銅層の上に配置して、ヒートスプレッダとして使用します。
2.熱を効率的に内側のプレーンに伝達するため、高温コンポーネントの下に複数のビアを使用します。
高電流トレース:
1.高電流ラインには、複数の平行トレースの代わりに銅流し込みまたはポリゴンを使用します。
2.これらのトレースをメッキされたスルーホール ビアの隣に配置して、効果的な熱放散を促進します。
充填ビア:
1.充填ビアは中空ビアに比べて熱伝達を妨げる可能性があるため、使用を最小限に抑えます。
2.必要に応じて、充填ビアを皿穴にし、穴の周囲にソルダーマスクのクリアランスを確保します。
パネルとツール:
1.製造および組み立てプロセスに十分な許容誤差を組み込みます。
2.製造中の材料の収縮、伸び、および潜在的な反りを考慮します。
3.パネルに基準マークとテスト クーポンを含めて、正確なツールとテストを容易にします。
DFM 分析:
1.設計段階で製造業者から製造向け設計 (DFM) のフィードバックを求めます。
2.特に銅の許容誤差の問題に関して、製造可能性の懸念に対処します。
3.PCB メーカーとの早期のコラボレーションにより、試作および製造フェーズがスムーズになります。
適切な重銅パートナーを見つける
厚銅基板用の PCB メーカーの選択:
機能チェックリスト:
1.ラミネートの厚さ: 2 オンス、3 オンス、4 オンスなどの銅の厚さに対応できることを確認します。
2.PTH 充填: 銅、導電性インク、またはメッキされたスルーホール用のエポキシ プラグなどのオプションを備えた機能。
3.位置合わせ精度: 正確なレイヤー アライメントのために、≤ 0.003 インチの精度 (推奨)。
4.ファイン ライン エッチング: 複雑な回路設計のために、≤ 4 ミルのライン/スペースを実現する機能。
5.メッキの厚さ: 堅牢な接続のために、穴に ≥ 2.5 ミルの銅メッキの最小厚さ。
6.セクション メッキ: ギャップを埋めて均一な銅分布を確保するための、エッチング後のメッキ機能。
7.AOI 検査: 品質保証のために、5 台以上のカメラによる高解像度の自動光学検査を活用。
品質と認証:
IPC 6012 クラス 3 規格: 厳格な IPC 6012 クラス 3 製造現場プロセスに準拠。
ISO 9001 認証: 一貫した製造基準を保証する認定品質管理システム。
UL または TUV 承認: UL または TUV の安全性とパフォーマンスの規格に準拠。
適格性テスト: 信頼性と耐久性を確保するための熱応力、衝撃、振動テストの経験。
技術的専門知識:
厚銅設計の経験: 厚銅 PCB プロジェクトの取り扱いに関する実績のある専門知識。
製造設計 (DFM) サポート: 包括的な DFM フィードバックと最適化を提供する能力。
熱解析と平面電流シミュレーション: 最適なパフォーマンスを実現するための熱管理と電流シミュレーションの熟練度。
フィードバックとコンサルティング: レイアウト、スタックアップ、信頼性の向上に関する洞察を提供する能力。
リーン プロトタイピング:
低 NRE 料金: 最小限の非反復エンジニアリング (NRE) 料金でコスト効率の高いプロトタイピング。
最小数量要件なし: 少量注文と大量注文の両方に対応する柔軟な生産能力。
迅速なターンアラウンド: シンプルな 2 ～ 4 層ビルドを 24 時間でターンアラウンドする迅速なサービス。
評価の考慮事項:
これらの基準に基づいて潜在的な製造業者を徹底的に評価し、銅の多い PCB 製造の要件を満たしていることを確認します。
結論
厚銅 PCB 技術は、電子アプリケーションにおける高電流負荷、熱性能のニーズ、および電力整合性の要件に対応します。厚い銅層は信頼性を高めますが、製造中に細心の注意を払ったプロセス制御を必要とします。設計段階の早い段階で PCB メーカーと連携し、レイアウト ガイドラインを順守することが、厚銅 PCB の利点を効果的に活用するために不可欠です。設計レビューと適格性テストを提供する経験豊富なメーカーと提携することで、専門的な精度と専門知識を活用し、厚銅 PCB 製造で最適な結果を得ることができます。