集積設計向け組み込み型受動部品基板製造

Highleap Electronicsは、基板表面にすべての部品を配置するのではなく、基板構造内に特定の受動機能を組み込んだPCB設計向けに、組み込み受動部品PCB製造プロジェクトのレビューサービスを提供しています。必要な技術によっては、埋め込み抵抗素子、埋め込み容量素子、またはその他の定義された受動構造が含まれる場合があります。現在のサプライヤーが提案された構造に対応できない場合は、スタックアップ、電気的目標値、および材料要件をお送りいただければ、実現可能性と見積もりについてレビューいたします。

組み込み受動部品基板の製造においては、使用する技術を正確に特定する必要があります。組み込み抵抗器基板と組み込みコンデンサ基板では、使用する材料、形状、検証方法が異なります。Highleapは、プロジェクトの範囲を確定する前に、要求された受動部品の種類、値、許容誤差、層の位置、接続の詳細、積層要件、テストアクセス、およびプログラム規模を精査します。

組み込み型受動部品基板製造とは？

「組み込みパッシブ」と呼ばれる技術は複数存在し、それぞれ異なる特徴を持っています。これらは同一の技術のバリエーションではありません。重要なのは、部品の機能がどこから来るかという分類です。

第一列は、特別な部品供給や特殊な配置装置を必要としないため、量産において圧倒的に一般的です。第二列は、多くの人がこの用語を聞いて思い浮かべるものであり、部品がプレスサイクルに耐え、両面が銅で接続される必要があるため、製造が最も困難です。

抵抗器およびコンデンサ用組み込み受動基板製造プロセス

個別組み込み部品の製造においては、設計の実現可能性は製造工程によって決まります。部品は完成した基板に追加されるのではなく、スタックの製造中にスタックに組み込まれます。

その表から3つの考察が得られ、それらはあなたが受け取るであろうほとんどの引用文を説明するものです。

• 受動構造は、全プロセスサイクルにおいて適格性を満たしている必要がある。 標準的な表面実装型抵抗器やコンデンサが、積層時の温度、圧力、樹脂の流れに耐えられるとは限りません。適合性は、埋め込み技術、部品構造、端子設計、電気的安定性、および実際のプレス形状によって異なります。
• 部品は正確に配置し、保持する必要がある。 そのため、設計段階では向きを定義する必要があり、多くの場合、極性またはピン1マーカーも定義する必要があります。
• この製造工程では、通常の基板よりも多くの積層サイクルが必要となるのが一般的です。 コストとリードタイムの​​大部分はそこに集中しており、そのため、組み込み受動部品は通常、既に構築されている基板上に、ビルドアップ構造として指定されるのです。

積層工程については「PCB積層プロセス」で、積層構造を段階的に構築する方法については「ハイブリッドPCB積層」で説明しています。プリプレグとコアがプレス加工時にどのように動作するかなど、積層構造の詳細については「PCB積層構造」をご覧ください。

組み込み型受動基板の利点と限界

組み込み型受動部品は、限られた状況においては複雑さに見合うだけの価値がありますが、ほとんどの設計ではそれらを必要としないという事実を正直に認めるべきです。

次のような場合に有効です。受動部品の数が多く、基板面積が限られているため、100個のデカップリングコンデンサを表面から基板内部に移動することで、実際の配線面積が解放される場合。設計が高周波であり、ビア付き表面コンデンサの寄生インダクタンスが性能を制限している場合。設計が薄型またはフレキシブルなアセンブリであり、部品の高さが重要となる場合。または、設計において、分散型デカップリングネットワークとして使用される平面ペアコンデンサなど、埋め込み構造としてのみ利用可能な容量値が必要な場合。

次のような場合には、採算が合わない。設計に少数の受動部品と十分な基板面積がある場合。生産量が少なく、金型やセットアップ費用を償却できない場合。受動部品を個別に交換または値調整する必要がある場合。必要な値と許容誤差が、より低コストの標準的な表面実装部品で広く入手可能な場合。

よくある誤解の原因は、埋め込み容量構造と個別埋め込み部品構造が同じ名称で販売されているにもかかわらず、経済性が全く異なることです。埋め込み容量は材料の選択であり、ラミネートとスタックアップを変更することで、基板上のすべてのプレーンペアがコンデンサになります。一方、個別埋め込み部品はプロセスの選択であり、特定の部品を基板内に配置するために、配置とラミネートの工程を追加します。サプライヤーが一方の見積もりを提示し、あなたが他方を意図していた場合、価格差は大きくなり、交渉はうまくいきません。この違いは見積依頼書（RFQ）で明確にしておくべきであり、基板内に電子回路を構築するとはどういうことかというより広い問題については、当社の「埋め込みPCB構造」で説明しています。

組み込み型受動部品基板と表面実装型抵抗器・コンデンサの比較

最後の行が、ほとんどのプログラムの成否を左右する。組み込み型受動部品は、組み立てコストを製造コストに変換する手段であり、そのトレードオフは、初期投資を償却できるだけの十分な生産量がある場合にのみ採算が取れる。

組み込み受動部品基板の設計ガイドラインとDFM要件

これらは、デザイン変更を余儀なくされることが多いルールであり、作品を公開する前に解決しておく価値がある。

• コンポーネントの選択。 埋め込み抵抗箔、薄膜抵抗器、埋め込み容量誘電体材料、およびディスクリート部​​品は、それぞれ異なる実装方法です。ディスクリート部​​品は、実際の積層プロファイル、圧力、樹脂システム、端子接続方法、および後処理の電気的限界に対して検証する必要があります。パッケージの種類や容量値に基づいて一概に判断することは避け、設計に着手する前に、具体的な部品番号と構造を確認してください。
• 空洞深さの許容範囲。 凹部は、端子が接続され、部品が潰れないように、部品の高さと十分に一致している必要があります。したがって、部品のロット全体における高さの公差は、設計上の入力事項となります。
• 配置許容範囲と向き。 非対称部品には明確な向きが必要であり、その端子に接続する銅線は、プロセス公差内で実際の位置に引き伸ばされなければならない。
• 手直しは不要です。 設計変更が必要な場合、部品を基板内部に配置してはなりません。これは、アセンブリテスト戦略の変更も必要となることを意味します。インサーキットテスト治具では、組み込みノードにアクセスできない可能性があるためです。
• 基板端およびビアからの間隔。 埋め込み領域は、基板の端、めっき穴、および隣接する銅との間に規定の間隔を維持する必要があります。必要な間隔は、選択された埋め込みパッシブ構造とその積層またはパターニングプロセスによって異なります。
• 値と許容誤差に関する記述。 設計書には目標値と許容誤差を明記する必要があり、製造業者は製造工程で許容できる値を明記する必要があります。これらは異なる数値であり、一致するものとみなすべきではありません。

組み込み受動部品がスタックアップと相互作用するため、標準的なDFMチェックは引き続き適用され、この設計に対しても完全に実行する価値があります。当社のPCB製造性設計（DFM）レビューでは、通常のルールセットを網羅しており、スタックアップのドキュメント化方法に関する一般的な質問については、当社のPCBスタックアップ設計に関するドキュメントを参照してください。

埋め込み型抵抗器とコンデンサのテスト方法

積層後に埋め込まれた受動部品は直接プローブできない場合があるため、積層構造をリリースする前にテストアクセスと検証戦略を計画する必要があります。通常は組み合わせて、4つのアプローチが用いられます。

• クーポンを用いたプロセス認定。 パネルと並行して、同じ埋め込み構造を持つテスト用クーポンを作成し、その寸法を測定します。これにより、すべての基板をテストするコストをかけずに、プロセスが妥当な値を維持していることを確認できます。これは、安定した生産プログラムを実現するための標準的なアプローチです。
• パネル上の構造物をテストします。 埋め込み型のコンデンサまたは抵抗器をパネルの指定された領域に配置し、測定します。これにより、測定面積がわずかに増加しますが、パネルごとのデータが得られます。
• 組み立てられた基板の電気的テスト。 回路の機能性能はラインの終端で測定されるため、大きな誤差は検出できますが、許容範囲をわずかに超えた受動部品を特定することは通常できません。
• 断面観察および顕微鏡観察。 開発ビルドの場合、これは部品が正しく埋め込まれていること、銅線が端子に接続されていること、および部品の周囲に空隙がないことを確認するものです。

契約において重要なのは、基板ごとの測定と工程認定の違いです。工程認定とは、値が工程によって管理され、サンプリングされることを意味します。一方、基板ごとの測定とは、すべてのユニットを測定することであり、サイクルタイムという実質的なコストが発生します。どちらも正当な方法ですが、「埋め込み受動部品の検証」は仕様ではないため、見積書に明示的に記載する必要があります。完成基板の測定に関するより幅広い選択肢については、当社のPCBテスト方法をご覧ください。

組み込み型受動基板部品の調達と認定

これは組み込み受動部品において、有望な設計を頓挫させてしまうことが最も多い部分であり、見積もりを出す前に検討しておく価値があります。

• 部品は正確に指定されなければならない。 「100 nFの0402コンデンサ」ではなく、メーカー名と部品番号が必要です。なぜなら、埋め込みプロセスは、その特定の部品の寸法、高さ公差、および端子の金属材質に合わせて認定される必要があるからです。
• 区画管理が通常以上に重要になる。 部品は基板内部にあるため、製造業者の変更や生産拠点の変更は、認定された製造工程の変更となり、単なる購買決定として扱うのではなく、管理する必要がある。
• 設計を確定する前に、入手可能性を確認する必要があります。 配分された場合にのみ流通チャネルで入手可能な部品は、プログラム全体にとってリスクとなり、このリスクは注文が行われるまで目に見えない。
• 資格認定は工事単位であり、部品単位ではありません。 構造とコンポーネントファミリーが認定されると、同じファミリーから別の値を追加するのは簡単ですが、異なるコンポーネントタイプを追加する場合は、新しい認定が必要になります。 電子部品の調達 調達と製造がどのように連携して行われるかについては、本ページで説明しています。より包括的なアプローチについては、当社の調達能力に関するページで解説しています。

組み込み型受動基板のコスト、最小発注数量（MOQ）、およびリードタイム

組み込み型受動部品の価格は、セットアップコストと限界コストに基づいて算出され、両者の差は大きい。

セットアップコストは、キャビティ金型、配置治具、プロセス認定、および材料仕様から発生します。これは一度支払う費用であり、少量生産プログラムが経済的に成り立たない理由の一つです。設計の生産量が中程度で、表面部品数を減らして同等の性能が得られる場合、従来の方法が通常は商業的に適切な解決策となります。そのため、50個のプログラムに対して埋め込み型受動部品の見積もりを提示しながら、そのトレードオフについて説明しないサプライヤーは、正直ではありません。

リードタイムは材料ではなく、製造工程によって決まります。埋め込み層を追加すると、一般的に少なくとも1回のラミネーション工程と1回のビルド工程が追加され、材料は非標準のラミネート材となる場合があり、その調達リードタイムも異なります。ラミネート材のリードタイムに関するガイダンスでは、材料面について説明しています。材料選択が基板全体に及ぼす影響については、PCB材料概要で解説しています。

設計変更のメリットを判断する最も確実な方法は、両方のバージョンのコストを、削減できる組立コストを含めた実際のプログラム生産量と比較することです。この比較は決定的な判断材料となることが多く、組み込みオプションの単一価格を受け入れるよりも、製造業者にこの比較を依頼する方が賢明です。

埋め込み型受動部品と埋め込み型基板の比較

この2つはどちらもボードの中に何かを入れるという点で共通しているため、しばしば混同されます。しかし、構造的に異なり、図面上ではその違いを見落としやすいのです。

• 組み込み型受動部品個別の受動部品、または平面対容量が積層板に集積されている。基板は一体型のままである。機能は誘電体、またはその内部の部品に存在する。
• 埋め込まれた基板：凹部に配置され、ホストと相互接続された別個の基板またはモジュールで、アセンブリ内部にアクティブ回路が含まれています。これは、当社の埋め込み基板PCBのページで説明されている構造です。

選択肢は、一度明確にしてしまえば通常は明らかです。表面積を有効活用し、寄生インダクタンスを低減することが目的であれば、埋め込み型受動部品がそれを実現します。モジュール全体を基板に統合することが目的であれば、埋め込み型基板がそれを可能にする構造です。

組み込み受動部品基板メーカー（実現可能性調査および見積もり）

組み込みパッシブ基板の製造業者をお探しのチーム向けに、Highleapは、想定される組み込み構造とそれに関連する基板製造要件を検討いたします。見積依頼書（RFQ）には、設計に組み込み抵抗基板、組み込みコンデンサ基板、埋め込み容量、プリント抵抗層、またはその他の定義された手法のいずれが使用されているかを明記してください。これらの用語は異なる構造を表すため、見積書には「組み込みパッシブ」を単一の標準プロセスとして扱うのではなく、提案する技術を明記する必要があります。

組み込み受動基板の製造見積もりを依頼する際は、完全なスタックアップ、材料グレード、受動部品の値と許容誤差、動作電圧または電流、該当する場合は温度と周波数の要件、接続形状、テストアクセス、および数量を明記してください。プロジェクトがプロトタイプ段階の場合は、目的が実現可能性検証ビルド、エンジニアリングサンプル、認定ロット、または量産リリースであるかを指定してください。テスト計画と合格基準は、最初のビルドの前に合意しておく必要があります。

HighleapのPCB製造サービスは、多層基板全体の構造に関係しており、PCB DFMレビューは、リリース前に不足している設計情報を特定するのに役立ちます。表面実装部品も含むターンキープロジェクトの場合は、PCBアセンブリサービスを通じてBOMとアセンブリ範囲を調整してください。正確な組み込み技術と認定要件は、提出された設計に基づいて確認する必要があります。

• 見積もりパッケージ： ガーバー/ODB++ファイル、完全なスタックアップ、受動部品の種類と値、許容誤差、材料、動作条件、接続の詳細、テスト計画、および予想数量。

組み込み受動部品基板製造に関するよくある質問

どの部品でも埋め込むことは可能ですか？

いいえ。部品または受動材料は、完全なラミネーションサイクルと互換性があり、プレス後も電気接続が信頼できる状態を維持する必要があります。認定には、パッケージカテゴリ全体が適切であると想定するのではなく、特定の部品または材料、積層構成、ラミネーションプロファイル、および試験基準を使用する必要があります。

値が基板内部にある場合、どのように制御されるのでしょうか？

プロセスとサンプリングによって、プロセスが値と許容範囲を維持していることが確認されます。パネルを用いて作成されたクーポンまたはテスト構造により、プロセスが値と許容範囲を維持していることが実証され、サンプリング計画が合意されます。すべてのユニットを測定する必要があるプログラムの場合、コストとサイクルタイムが変わるため、その旨を明記する必要があります。

埋め込まれた受動部品は、近傍の配線のインピーダンスに影響を与えますか？

可能です。プレーンペアの容量は、その領域上のプレーンに並列容量を導入し、その上を通る配線のインピーダンスを変化させます。設計において、埋め込みコンデンサ層の近くにインピーダンス制御配線がある場合、インピーダンススタックアップでそれを考慮する必要があります。

組み込み型受動基板は、通常どおり組み立ててテストできますか？

表面に余分なものがないため、組み立ては通常通りです。テストには注意が必要です。埋め込み部品はテスト治具でアクセスできない場合があるため、通常は機能テストまたはテスト構造が解決策となります。インサーキットテストのカバレッジが必要な場合は、設計段階で決定する必要があります。

以前のサプライヤーが製造を断った場合はどうなるでしょうか？

最も一般的な理由は、構造が適切にサポートされていない、組み込みに適さない部品を使用している、またはプログラム容量が経済的閾値を下回っている、のいずれかです。これら3つはいずれも正当な理由です。重要なのは、どれに該当するのかを問うことです。なぜなら、1つ目は技術的な理由、2つ目は設計変更、3つ目は商業的な判断だからです。ガーバーデータ、スタックアップ、および具体的な部品番号を送付すれば、通常はすぐに判別できます。