高電流電子機器向け高銅基板アセンブリ

Highleap Electronicsは、高電流電子機器、電源制御基板、BMS基板、EV充電器用電子機器、産業用電源モジュール、および熱管理アプリケーション向けに、高銅基板実装サービスを提供しています。高銅基板実装では、基板製造、はんだ付け工程、部品選定、電流経路、熱設計、および検査といった各工程間の連携が不可欠です。Highleapは、お客様から承認されたファイル、図面、部品表（BOM）、および試験要件に基づいて基板を製造・実装します。

厚銅箔とは、一般的に、標準的な信号基板よりも厚い銅を使用したプリント基板構造を指します。正確な銅箔重量は、常に積層構造において層ごとに定義する必要があります。厚銅箔基板は、特定の電流に対して必ずしも安全であるとは限りません。電流容量は、銅箔の厚さ、配線幅、平面面積、許容温度上昇、空気の流れ、層の位置、基板材料、および製品環境によって異なります。製品所有者は、システムレベルで電気的および熱的性能を検証する必要があります。

関連するプロジェクトページについては、パワーエレクトロニクス基板アセンブリ、BMS基板アセンブリ、EV充電器基板アセンブリを参照してください。

厚銅基板実装能力

銅製造における重役

Highleapは、構造が明確に定義され、製造能力が合意されている場合に限り、高銅基板の製造および組立をサポートできます。図面には、層ごとの銅重量、完成厚さ、表面仕上げ、ソルダーマスク、穴めっき、重要寸法、電流が流れる領域、および検査要件を明記する必要があります。組立が含まれる場合は、パッケージには高電流部品、端子、コネクタ、発熱部品、および機械的インターフェースも明記する必要があります。

一般的な高銅PCBAの用途

製造および組立の調整

厚銅は、基板の製造と組み立ての両方に影響を与えます。厚い銅のエッチングには、細い信号用銅よりも大きな設計許容値が必要です。銅の面積が大きいと、リフローバランスに影響が出ます。スルーホール端子には、はんだ充填の制御が必要になる場合があります。サーマルパッドには、必要に応じてX線検査や特殊検査が必要になる場合があります。最良の結果を得るには、厚銅は単なる材料のアップグレードとしてではなく、PCBとPCBAのプロセス全体として見直す必要があります。

銅の厚さと電流容量の要件

現在の容量は設計全体によって異なります

銅の重量は電流容量の構成要素の一つにすぎません。設計者は、配線幅、銅面積、層数、ビア数、許容温度上昇、周囲温度、冷却条件、基板厚、近隣の熱源、筐体内の気流なども考慮する必要があります。プリント基板設計における電流容量の基準としてはIPC-2152が一般的に用いられますが、最終的な製品検証は製品所有者の責任となります。

銅の厚みがデザインに与える影響

銅箔を厚くすることで電流伝導性と放熱性を向上させることができますが、同時に配線幅と配線間隔の最小値、エッチング補正、ソルダーマスクの解像度、基板の厚さ、コストにも影響します。厚い銅箔領域の近くに微細ピッチの部品を配置すると、組み立て上の問題が発生する可能性があります。制御回路と大電流銅箔が混在する基板の場合、可能な限り、高熱・高質量領域から高感度部品を分離するようにレイアウトする必要があります。

飛行機のシェアリングと

電流はビアアレイやめっきされた構造物を通して層間を流れることがあります。ビアの数、直径、めっき厚、レイアウトによって、電流と熱の分配方法が決まります。ビアアレイが電流経路の一部である場合、通常のステッチングとして扱うべきではありません。図面には、重要なビアグループと、充填、キャップ、または検査に関する要件を明記する必要があります。

熱管理と放熱

銅を通して熱が伝わる

厚銅は電源部品からの熱を拡散させる効果がありますが、完全な放熱設計の代わりにはなりません。熱は、銅プレーン、ビア、ヒートシンク、エアフロー、筐体との接触、または熱伝導性材料を通して基板から放出される必要があります。基板がベースプレートまたはシャーシに依存する場合は、機械的な接続部を組み立てに関する注意事項に含める必要があります。

熱伝導ビアと露出パッド

露出パッドを持つパワーデバイスでは、パッケージの下または近くにサーマルビアが必要になる場合があります。ビアの設計では、熱伝導、はんだボイド、および製造性のバランスを取る必要があります。パッド下のオープンビアははんだウィッキングを引き起こす可能性があります。充填またはキャップされたビアはコストが増加する可能性がありますが、組み立ての一貫性を向上させます。顧客は、製品要件に基づいてビア戦略を定義する必要があります。

熱源周辺の部品間隔

電解コンデンサ、センサー、フォトカプラ、小信号ICなどの熱に弱い部品は、熱の影響を考慮して配置する必要があります。製造面では、部品間隔を適切に確保することで、検査や再加工の際のアクセス性も向上します。厚銅基板は大型部品が多く、熱容量も大きいため、部品が密集すると信頼性と組み立てリスクの両方が増大する可能性があります。

厚銅基板へのSMTおよびスルーホール実装

リフロー熱バランス

銅箔が厚い部分は、銅箔が薄い信号線部分とは熱吸収率が異なるため、基板全体で半田付け状態が不均一になる可能性があります。ステンシル設計、半田ペーストの選択、リフロープロファイル、パッド形状、部品配置などを見直す必要があります。大きな銅パッドについては、電気的および熱的要件に応じて、熱緩和処理やプロセス計画が必要になる場合があります。

スルーホールパワー部品

厚手の銅基板には、スルーホールコネクタ、端子、リレー、トランス、大型コンデンサなどが一般的に使用されます。これらの部品は、設計や数量に応じて、ウェーブはんだ付け、選択はんだ付け、または制御された手動はんだ付けが必要となる場合があります。穴のサイズ、アニュラーリング、銅の厚さ、および熱緩和は、はんだ充填率に影響を与えます。はんだ充填率または検査要件が必須の場合は、図面または組立注記に明記する必要があります。

検査の課題

銅の厚みが大きい場合、目視検査の重要性が高まり、場合によっては検査が難しくなることがあります。大きなはんだ接合部、隠れたパッド、サーマルパッド、厚い銅の端部などは、特別な検査手順が必要となる場合があります。お客様のご要望に応じて、特定の隠れた接合部に対してX線検査を実施することも可能です。信頼性要件を満たす必要がある場合は、めっき穴の評価のために断面検査を依頼することもできます。

はんだ付け、リフロー、および熱バランスに関する課題

大型銅製ヒートシンク

リフローはんだ付けやスルーホールはんだ付けの際に、銅の面積が大きいと、はんだ接合部から熱が奪われることがあります。プロセスを調整しないと、濡れ性が不十分になる可能性があります。同時に、それを補うために小さな部品を過熱すると、損傷のリスクが生じます。バランスの取れたプロセスでは、過剰な熱ではなく、設計の見直しとプロセス設定が重要になります。

ステンシルとソルダペーストの計画

パワーデバイス、サーマルパッド、大型端子には、特殊なステンシル開口部やペースト制御が必要となる場合があります。目標は、ブリッジング、フローティング、ボイド、はんだボールの発生を避けつつ、熱的および機械的な信頼性を確保するために十分なはんだを供給することです。製品に厳格なボイド許容値がある場合は、許容値と検査方法を顧客が定める必要があります。

手動はんだ付け制限

試作品や特定の部品には手動はんだ付けが適している場合もあるが、工程が管理され文書化されていない限り、大量生産における再現性を確保するには不向きである。大型端子、厚い銅箔、高い熱容量は、作業者の熟練度と温度制御を必要とする場合がある。量産においては、設計が許容する場合には、選択的なはんだ付けや専用治具の使用の方が再現性が高い可能性がある。

検査および信頼性チェック

検査の重点分野

• 高電流配線および銅箔領域の品質。
• 端子およびビアアレイ用のめっきスルーホール品質。
• スルーホール型パワーコンポーネントのはんだ充填および濡れ性。
• パワー半導体用サーマルパッドのはんだ品質。
• コネクタの取り付け位置、向き、および機械的なクリアランス。
• 基板の平面度、外形、および取り付けインターフェース。

ドキュメント要件

資料には、材料記録、積層構成確認書、電気試験結果、検査報告書、断面図、初回製品報告書、または顧客定義の機能試験記録などが含まれる場合があります。これらは見積もり前にご請求ください。基板が高信頼性製品に使用される場合は、資料一式は製造コストの最小化だけでなく、リスクレベルを反映したものにする必要があります。

信頼性に関する考慮事項

信頼性は、製品設計、動作電流、温度サイクル、機械的支持、はんだ接合部の品質、部品定格、および環境に依存します。厚銅は電流と熱の拡散を支えることができますが、それだけで信頼性が保証されるわけではありません。アセンブリ全体は、顧客の想定する使用条件下でレビュ​​ーおよび検証される必要があります。