プリント基板の銅めっき：工程、厚さ、品質管理

銅めっき 電気化学的プロセスである蒸着は、プリント基板上に銅を析出させて導電性の配線を形成したり、ドリルで開けた穴の壁を埋めたり、電流容量を増やすために銅の厚みを増したりする工程です。層間の電気的接続を確立し、完成した基板が安全に流せる電流の量を決定づけるため、プリント基板製造において最も重要な工程の一つです。

プリント基板製造における銅めっきとは？

プリント基板は、銅箔積層板として作られます。これは、絶縁体の芯材の両面に薄い銅箔が接着されたものです。この銅箔だけでは層同士を接続することはできず、また、必要な電流を流すには薄すぎる場合が多いのです。銅めっきは、化学的および電気的に銅を必要な場所に正確に成長させることで、これらの問題を解決します。

このプロセスは、3つの目的を同時に果たします。まず、ドリルで開けられた穴の内側を金属化し、層間で信号や電力が伝送できるようにします。次に、表面の銅を補強して規定の重量に達させます。そして最後に、エッチング後に配線やパッドとなる構造を形成します。多層基板におけるすべての層間接続はこのプロセスに依存するため、めっき品質は基板の信頼性と切り離すことができません。

無電解銅めっきと電解銅めっき

プリント基板の銅めっきは、2つの異なる化学反応を順次利用して行われます。1つ目は無電解めっきで、外部電流を使わずに化学反応のみで極薄の銅層を形成します。この工程は、非導電性の穴の壁を導電性にして、次の工程がスムーズに行えるようにすることを目的としています。2つ目は電解めっきで、電流を用いて銅の大部分を必要な厚さまで迅速にめっきします。

どちらの工程も省略することはできません。無電解めっき層がなければ、穴を開けたエポキシ樹脂とガラスの壁には電解銅がめっきされません。また、電解めっき工程がなければ、めっき層は電流を流したり、熱サイクルに耐えたりするには薄すぎます。

銅メッキ工程のステップバイステップガイド

加工業者によって設備は異なるものの、穴あけ加工済み基板へのめっき工程の基本手順は一貫している。各工程は次の工程のための表面準備であり、いずれかの工程を省略したり急いで行ったりすると、後々、空隙、薄い壁、または接着不良といった問題が生じる。

製造業者は、パネルめっき（パネル全体をめっきしてからエッチングする）とパターンめっき（回路パターンのみをめっきする）のどちらかを選択します。この選択は銅の分布と微細配線能力に影響を与え、製造業者が行う多くのプロセス上の決定事項の1つです。 多層基板メーカー デザインに合致する。

工程は明確な順序で進められます。穴あけ後、穴の壁は非導電性であるため、無電解銅の薄層を化学的に析出させて種膜を形成します。次に、パネルは電解めっき工程に移り、電流によって銅が表面全体と穴全体に厚みを増していきます。設計に応じて、パネルめっきで全体を均一にコーティングするか、パターンめっきで回路に必要な箇所のみに銅を析出させます。めっき液の化学組成、電流密度、時間を厳密に制御することで、表面から最小の穴まで銅が均一に析出するようにします。

スルーホールとビアのめっき

銅めっきの最も重要な機能は、層間を接続するめっきスルーホール（PTH）とビアを形成することです。穴あけ後、穴は絶縁材料を貫通するむき出しのチャネルに過ぎません。めっきによって壁面が銅で覆われることで、上層の配線が下層または任意の内層の配線と電気的に接続できるようになります。

課題は、狭い穴の奥深くまで均一なめっきを施すことです。基板の厚さと穴の直径の比率（アスペクト比）によって、めっきの均一性が大きく異なる穴があります。アスペクト比の高い穴では、めっき液の組成や電流を適切に制御しないと、中央部に薄い部分や空隙が生じる可能性があります。

メッキ接続の種類

• めっきスルーホール（PTH）： 外層と内層を接続するためにメッキされた穴で、スルーホール部品のリード線にも使用される。
• ブラインド経由: 基板全体を貫通することなく、外層を1つまたは複数の内層に接続する。
• 経由して埋葬されました: 内部層のみを接続し、積層構造内部に密閉されている。
• 充填済みでキャップされたビア： 平らにメッキされ充填されており、ファインピッチ部品の下のビアインパッドによく必要となる。 HDIフレキシブル構造.

銅の重量、厚さ、および厚銅メッキ

プリント基板上の銅箔の厚さは、従来、重量で表されます。これは、1平方フィートあたりに広がる銅の重量です。1オンスの銅は、およそ35マイクロメートルの厚さに相当します。信号基板のほとんどは1～2オンスの銅を使用していますが、電源回路や大電流回路では、それよりもはるかに多くの銅が使用されています。

銅が太いほど電流が流れやすく、熱も伝わりやすいので、 パワーエレクトロニクス製作また、厚い銅はエッチング中にアンダーカットが大きくなるため、より広い間隔と調整されたエッチングが必要になります。これも、銅の重量を設計の早い段階で決定しておくべき理由の一つです。

めっき欠陥と品質管理

めっきは電気化学的なプロセスであるため、わずかな工程のずれでも、表面からは見えないものの、使用中に致命的な欠陥が生じる可能性があります。そのため、品質管理においては、肉眼では見えない部分を測定することに重点が置かれ、通常は生産パネルと並行してめっきされた試験片の断面分析が行われます。

一般的なめっき欠陥

• ボイド: めっきされた穴の壁に隙間があり、層間接続が途切れている。
• 薄板めっき： 壁厚が不十分なため、熱サイクルによって破損する。
• 結節と表面の粗さ： 適合性やはんだ付け性に影響を与える過剰な堆積物。
• 接着不良： 銅の基材または穴の壁から剥離しためっき。

これらの問題を検出することが、クーポンテストと検査の目的であり、注意深い検査が求められる理由の一つです。 量産前製造可能性レビュー 効果は大きい。厚い基板の小さな穴などの特徴は、めっき不良になる前に検出される。信頼性の高いめっきは、その後のすべての工程の基礎となる。 下流PCBアセンブリなぜなら、ビアが弱い基板は初期テストには合格しても、現場で故障する可能性があるからです。

めっきがコストと信頼性に与える影響

めっきの選択は、価格と寿命の両方に影響を与えます。銅の厚みを増したり、ビアを埋めたり、アスペクト比を高くしたり、厚み公差を厳しくしたりすると、処理時間とコストは増加しますが、電流容量、熱性能、耐久性も向上します。最適なバランスは、製品によって大きく異なります。

シンプルな消費者向け基板であれば、標準的な1オンスめっきで十分です。長年の熱サイクルに耐えなければならない産業用コントローラの場合、堅牢なビアめっきと場合によってはより厚い銅がコストに見合う価値があります。これは、材料選択の根拠となる考え方と同じです。 産業用制御基板の製造高周波設計は、 Rogers RO4350B ボード 独自のメッキと表面処理の考慮事項を追加し、柔軟な設計には、使用される薄い銅に合わせて調整されたメッキ化学が必要です。 フレキシブル基板の製造プロセス.

初回からメッキを正しく行う

• 銅の重量を指定してください 製造に関する注記に、内層と外層について明記してください。
• 時計のアスペクト比 ―厚い板に開けられた非常に小さな穴は、メッキ加工が最も難しい。
• 治療によって定義する （メッキ、充填、キャップ処理）微細ピッチ部品に必要な場合。
• クーポンデータをリクエストする 信頼性が極めて重要な場合、めっきの厚さが記録されます。

製造と組み立ての両方を手掛ける単一のサプライヤーとこれらの詳細を調整する - 単一のモデル 電子機器製造パートナー ―設計ファイルから完成・テスト済みの基板に至るまで、銅の必要量を一貫して維持します。

よくある質問

プリント基板の製造工程に銅めっきの工程が2つあるのはなぜですか？

最初の無電解めっき工程では、導電性の薄い種膜を析出させ、非導電性の穴の壁に銅を析出させる。2番目の電解めっき工程では、電流を用いて銅を必要な厚さまで析出させる。種膜はめっきを可能にし、電解めっきによって電流容量とビアの強度を確保するため、どちらの工程も必要となる。

プリント基板における銅の重量とはどういう意味ですか？

銅の重量とは、銅の厚さを1平方フィートあたりのオンスで表したものです。1オンスは約35マイクロメートルです。したがって、2オンスの基板は1オンスの基板の約2倍の銅の厚さを持ち、より多くの電流を流すことができます。

めっきスルーホールとは何ですか？

めっきスルーホールとは、銅でコーティングされたドリル穴のことで、異なる層上の配線を電気的に接続します。これは、多層基板やスルーホール部品実装を可能にする基本的な構造です。

めっきの空隙は何が原因なのか、またなぜ問題となるのか？

ボイドとは、穴の内側の銅めっき層に生じる隙間のことで、通常はめっき層の剥離不良、洗浄不良、またはめっき化学の不安定性によって発生します。ボイドは層間接続を破壊または弱化させ、はんだ付け時や実地使用時の熱応力によって破損する可能性があるため危険です。

ビア内の銅の厚さはどのくらいが適切ですか？

業界慣行およびIPCガイドラインでは、基板クラスに応じて最小平均肉厚が規定されており、高信頼性用途ではより厳しい要件が課されます。正確な数値は製造業者と合意し、重要な基板については試験片で検証する必要があります。

厚手の銅メッキは、追加費用に見合う価値があるのだろうか？

大電流、高出力、または高い熱負荷が求められる設計においては、確かに太い銅の方が適しています。太い銅はより多くの電流を流し、放熱性にも優れているため、信頼性が向上します。一方、低電力の信号基板であれば、通常は標準的な銅で十分であり、より経済的です。

同じ工場で基板のメッキと組み立てを行うことは可能ですか？

はい。フルサービスの製造業者は、基板の製造とメッキを行い、その後組み立てとテストまで一貫して行います。両方の工程を同じ工場で行うことで、銅の品質管理が容易になり、組み立て中に発生するあらゆる問題の解決も容易になります。

無電解銅めっきと電解銅めっきの違いは何ですか？

無電解めっきは、電流を流さずに非導電性の穴の壁に薄い導電性の銅の種層を形成する化学プロセスです。その後、電解めっきで電流を流して銅を本来の厚さまで成長させます。基板には、まず無電解めっき、最後に電解めっきという両方の工程が必要です。

完成したプリント基板の銅メッキの厚さはどれくらいですか？

表面銅の厚みは通常オンス単位で指定され、電源基板には1オンス（約35μm）が最も一般的で厚みのあるものが用いられる。スルーホールめっきの場合、確実な接続のために、壁面には通常20～25μm程度の銅がめっきされている。

プリント基板の信頼性にとって、銅めっきが重要なのはなぜですか？

めっきは、ドリル穴の内側に導電性のバレルを形成し、層間を接続するため、その厚さと均一性は、これらの接続部が熱サイクルや組み立てに耐えられるかどうかに直接影響します。めっきが薄かったり、均一でなかったりすると、ビアが開いたり、断続的に接続されたりする一般的な原因となります。