最適な銅張積層板の選択 : 実践ガイド

PCB またはその他の電気接続の構築には、制御された電流の流れを確保するために導体と絶縁体の組み合わせが必要です。照明コードや携帯電話の充電器ケーブルが屈曲により露出した例は、堅牢な絶縁層の重要性を示しています。回路基板も同様に動作し、誘電体材料と導体、通常は銅箔の交互層を使用します。このプロセスにおける基本的な材料は、銅張積層板または PCB コアとして知られ、重要な役割を果たします。メーカーは誘電体層と導体層の特性を操作して性能を最適化し、銅張積層板を PCB の効率を最大化する上で重要なコンポーネントにすることができます。

メーカーは、特定の設計要件を満たすように銅張積層板の特性を調整できます。誘電率、誘電正接、剥離強度などのパラメータは、PCBの電気的性能と信頼性に大きな影響を与えます。これらの重要なパラメータを理解して最適化することで、設計者はPCB設計において最適な信号完全性、熱管理、機械的安定性を実現できます。この記事では、銅張積層板の重要性と、PCB性能向上におけるその重要な役割について探究します。RO4003CおよびRO4350Bのデータシートを解釈する際は、材料を比較する前に、試験条件、誘電率の定義、および利用可能な構造を統一してください。

銅張積層板の変数

1. ガラス織り: 織りのパターンと緻密さは、ラミネートの誘電率と損失正接に影響を与える可能性があります。
2. エポキシ樹脂: 樹脂の特性は、ラミネートの全体的な機械的および電気的特性に影響を与えます。
3. 銅箔: 銅箔の種類、厚さ、表面処理は、銅箔の密着性、インピーダンス、機械的特性に影響を与えます。
4. ロール/厚さ: ラミネートの厚さは、ボード全体の厚さと機械的強度に影響します。
5. ガラス転移温度: エポキシ樹脂が硬いガラス状の状態から柔らかいゴム状の状態に転移する温度。
6. 誘電率: 電界内で電気エネルギーを蓄える材料の能力。
7. 損失正接: 誘電率の実数部に対する虚数部の比。材料のエネルギー散逸を表します。
8. 重量 : ラミネートの重量は PCB の全体の重量に影響します。
9. フォイルタイプ: 銅箔の種類が異なれば、機械的特性や電気的特性も異なります。
10. ピール強度: 加工中および使用中に層間剥離を防ぐラミネートの能力。

銅張積層板のコンポーネントを理解する

銅張積層板は、積層プロセスにおける PCB の重要な構成要素です。ラミネートは、信号層またはプレーン層を形成する銅箔と、（通常は）ガラス繊維織物およびエポキシ樹脂プリプレグの 2 つの個別の部分で構成されます。これらは基板の基本的な導体/絶縁体の関係を提供します。前者は電気信号を伝送し、後者は各導電層への、または各導電層からの過度の影響を防ぐ電気絶縁を提供します。すべての基本的なラミネートはこの形式に準拠していますが、実装は基板の材料ニーズに応じて大幅に変わる可能性があります。スタックアップ設計 (基板の材料層ごとの配置) では、片面または両面の銅張積層板 (フォイルレス プリプレグと組み合わせて) を使用して、電気的および機械的要件を満たす基板構造を作成できます。

ガラス織りとシグナルインテグリティへの影響

まずコアのプリプレグの構造を形成するガラス繊維の織りから始めて、設計者は織りの層と緻密さを指定できます。どちらの特性も、信号の伝送経路が遭遇する平均誘電率に影響を与えます。信号が誘電体上を伝わるとき、信号はグラスファイバー織りまたは織りのギャップ (樹脂のみを含む) 上でさまざまな時間を費やします。2 つの材料間の誘電率の差は、十分に長い信号経路では同期に影響を与えるほど大きくなる可能性があります。タイミング差の合計が無視できる程度に「平均化」される可能性は十分にありますが、時間に敏感な 2 つのラインがガラス織り誘電体とエポキシ樹脂誘電体の極端な影響を受ける場合、差が最大になる可能性もあります。

ラミネートの製造業者は、織り効果 (知られているように) を考慮してさまざまな織りオプションをデザイナーに提供しています。明確にしておきますが、回線の伝送速度がそれほど速くない場合、織物と樹脂の相対誘電率の違いから生じる回線のスキューは些細なものになる可能性があります。このような場合、最も一般的で人気のある 106 および 1080 織りパターンは、指定された設計意図に十分対応しており、経済的です。織りの寸法が厚く、織りの密度が高いと、比誘電率間のランダムな発散が (ブラインド ルーティングの観点から) 少なくなりますが、小規模な生産 (つまり、プロトタイピング、限られた NPI など) の場合、製造の収益が増加します。 、総コストの増加は合理的である可能性があります。

織りが緻密になると、樹脂を含んでいた織りの「隙間」が追加のガラス繊維と交換されるため、樹脂の割合が減少します。この樹脂の減少により、加工技術中にボードがどのように反応するかが著しく変化し、特に織り線に沿った等方性 (方向依存) 効果を考慮した場合、最終製品は異なる機械的特性と材料特性を示します。より極端な製造結果に加えて、樹脂は織物よりも絶縁性が高いため、樹脂の損失は電気特性 (比誘電率、損失正接) の低下に相当します。

銅箔の製造工程

機能的には、プリプレグは積層体の半分のみをカバーします。一見それほど複雑ではありませんが、銅箔の製造のばらつきにより、その性能が大幅に変化する可能性があります。銅箔は拡大しないと平坦な平面に見えますが、拡大するとさまざまな粗い表面が表示され、基板をグリップする能力に影響を与え、高周波信号のインピーダンスに影響を与えます。さまざまな処理技術により銅の歯を削り、PCB に独特の機能を提供できます。

• 電着塗装: メーカーは、銅溶液と回転チタンドラムに接続された陽極/陰極システムを使用して銅を付着させます。電界強度 (チタンドラムへの DC 電力) によって堆積速度が制御され、銅が厚くなると処理時間が長くなります。かなりの機械的要件が必要な用途に適した優れた引張強度を備えていますが、銅製の歯が形成されています。
• 圧延焼鈍: 一連のローラーは、ひずみ硬化のために再結晶温度以下で箔の厚さを機械的に減少させます。表面の欠陥が大幅に減少するため、高周波ボードに最適です。
• 逆処理: 粗面化ステップにより、フォイルとプリプレグ間の接着が向上し、剥離強度が向上し、その結果、機械的層間剥離に対する耐性が向上します。エッチング精度の向上と、銅歯の薄型化に伴う小型化により、これまでのところ、「標準」PCB アプリケーションで最も一般的なフォイルの選択肢です。
• 二重処理: 箔の両面に粗面化処理を施し、密着性を向上させ、製造時に黒色酸化工程をバイパスできるようにします。

結論

銅張積層板（CCL）は、プリント基板（PCB）製造において不可欠な材料であり、最終製品の電気的、熱的、機械的性能に影響を与えます。CCLの様々な種類、特性、用途を理解することで、PCB設計者や製造者は、設計を最適化し、電子アセンブリの信頼性と長寿命を確保するための情報に基づいた意思決定を行うことができます。この包括的なガイドは、PCB製造分野における知識を深め、専門性を高めたい専門家にとって貴重な資料となるでしょう。

CCL テクノロジーの最新の進歩を常に把握し、材料の選択と製造プロセスのベスト プラクティスを遵守することで、PCB 業界は革新を続け、現代のエレクトロニクスの進化する要求に応えることができます。消費者向けガジェット、自動車システム、航空宇宙アプリケーションのいずれを設計する場合でも、CCL の選択は優れたパフォーマンスと信頼性を実現する上で極めて重要な役割を果たします。

関連する製造上の決定事項については、Highleapは回路基板材料のレビューとPCB表面仕上げの選択についても文書化しており、見積書に不明瞭な記載がされることを防ぐのに役立ちます。