PCB製造ファイルエンジニアリング補償の理由

プリント基板（PCB）の設計および製造工程では、材料特性、製造プロセス、環境条件など、さまざまな要因がPCBの電気特性および全体的な性能に大きな影響を与える可能性があります。最終製品が要求される規格を満たすためには、適切な補正措置を実施することが不可欠です。本稿では、配線幅、穴あけ、パッド設計、材料特性、電気特性といった重要な領域に焦点を当て、 PCB製造における生産補正の必要性について詳しく解説します。

PCB生産補償の基礎を理解する

プリント基板（PCB）製造補正とは、 PCB製造に内在する避けられないばらつきや公差を相殺するために、設計および製造工程において戦略的に行われる調整を指します。これらの補正により、製造中に発生する物理的な変化にもかかわらず、最終的なPCB製品が意図された電気的、機械的、および性能仕様を満たすことが保証されます。

PCB 設計が複雑になり、コンポーネント密度が高くなり、トレースが細かくなり、パフォーマンス要件が厳しくなるにつれて、製造におけるエラーの許容範囲はますます狭くなります。製造補正は、理想的な設計仕様と製造プロセスの物理的現実との間の重要な橋渡しとして機能します。

トレース補正

1. トレース幅補正の理由

PCB の製造中、トレースは、その寸法を変える可能性のあるいくつかのプロセス、特にエッチングを受けます。エッチングは、銅を除去して目的の回路パターンを作成しますが、完全に垂直なプロセスではないため、「サイド エッチング」または「アンダーカット」が発生します。サイド エッチングは、エッチング液によってトレースの側面と上部から銅が除去され、設計よりも狭いトレースになるときに発生します。これにより、トレースの電流容量と信号の整合性が損なわれる可能性があります。

2. トレース幅補正の計算

サイドエッチングに対抗するために、PCB 設計者はトレース幅補正を適用する必要があります。これは、銅の厚さ、エッチング プロセス、ボードの材質、トレース幅と間隔などのいくつかの要因に依存します。一般的な目安は次のとおりです。

補正 = 1.5 * 銅の厚さ

たとえば、1 オンスの銅 (1.4 ミルまたは 35 μm の厚さ) の場合、補正は 1.5 * 1.4 ミル = 2.1 ミル (約 53 μm) になります。したがって、トレースは、最終的な希望幅よりも各側で 2.1 ミル広く設計する必要があります。

これは従来の基板補正方法です。工場の補正値が不明な場合は、可能であれば線幅と線間隔を広げることをお勧めします。基板に線幅と線間隔を最適化できない密集した線が多数含まれている場合でも、当社では生産可能です。当社では、動的補正方法を使用して、基板上の線幅と線間隔を制御します。

しかし、間隔が小さい場合は、特に高レベルのPCBではコストが増加するため、設計者がソリューションを最適化することをお勧めします。インピーダンスラインでない場合は、CAMエンジニアに直接指示して、従来の生産能力に合わせて間隔を最適化することができます。したがって、PCB設計のベストプラクティスを遵守しながら、コスト要因を考慮することが重要です。

3. 高度なトレース補正技術

上級の PCB 設計者は、補正のために高度な技術を使用します。

a. 差動ペア補償

高速差動ペアの場合、インピーダンスを一定に保つことが重要です。トレース幅だけでなく、トレース間の間隔にも補正を適用する必要があります。最適な結果を得るには、多くの場合、シミュレーションとテストを繰り返す必要があります。

b. 長さマッチング補正

高速設計では、信号タイミングを維持するためにトレース長の一致が不可欠です。補正ではエッチングによるトレース長の変化を考慮し、製造後に一致したトレース長が必要な長さの許容範囲内に留まるようにする必要があります。

c. インピーダンス制御トレース補償

インピーダンス制御配線の場合、エッチング後も所望のインピーダンスを維持するために、幅補正を慎重に計算する必要があります。そのためには、多くの場合、PCBメーカーと緊密に連携し、製造に使用される正確な積層構造と材料特性を決定する必要があります。

ドリル補正

1. ドリル補償の理由

ガーバーファイルで指定される穴のサイズは、通常、銅めっきや表面処理を含むすべての製造工程後の最終寸法を指します。これらの工程によって穴のサイズが小さくなる場合があるため、最終寸法が仕様を満たすように補正する必要があります。

2. ドリル補償に関する業界標準

ドリル補正値は、生産能力テストから導き出されます。たとえば、必要な最終的な穴のサイズが 1.00mm で、めっきによって厚みが増す場合、エンジニアリング部門は 1.15mm のドリルビットを使用する可能性があります。これにより、めっき後の最終的な穴のサイズが設計仕様を満たすことが保証されます。ドリル補正は、表面処理とドリル穴のサイズに関連しています。一般的に、錫溶射などの処理では 0.15mm の補正が使用され、金浸漬では 0.1mm の補正が適用されます。これが、CAM エンジニアが穴間隔の不足や穴間隔の小ささなどの問題を頻繁に確認する理由です。これらの問題を理解することで、効果的に回避することができ、CAM エンジニアはガーバーファイルを迅速かつ効率的に最適化できます。

ビアのサイズの選択には特に注意が必要です。PCB 設計者がビアの補正を事前に考慮し、それに応じて対応するドリル パッドを拡大すると、設計された PCB ファイルは CAM エンジニアの間で高い評価を得ることになります。この積極的なアプローチにより、補正後もドリル パッドが適切なままになり、よりスムーズで効率的なファイル最適化が可能になります。

パッド補正

パッド補正の重要性

パッド補正は、信頼性の高い接続と高品質のはんだ付けを保証するために不可欠です。製造プロセスでは、温度や圧力などの要因により、パッドのサイズと形状が変化することがあります。適切な補正を行わないと、これらの変化によってはんだ付け品質が低下したり、接続が緩んだり、はんだ付けが失敗したりする可能性があります。

パッド補正方法

a.直径補正：パッドの直径を部品の仕様に合わせて調整します。通常は10%の許容範囲内です。

b.形状補正：大型銅箔上のSMDの場合、パッドサイズはソルダーマスクの開口部サイズによって決まります。元のSMDサイズを維持するために、大型銅箔上のソルダーマスクの開口部は個別に選択されます。元のCAD SMDサイズに補正値を加えた値を使用することで、大型銅箔上のSMDが配線上のSMDと一致するようにします。

c.間隔補正：短絡を防ぐため、パッド間の十分な間隔を確保してください。BGAおよびIC部品の推奨最小間隔は0.15mmです。ビアホールの直径が大きすぎ、パッドが小さすぎる場合は、CAMエンジニアがパッド全体を拡張するか、パッドを削って、適切な間隔を確保しながらはんだリングを維持します。

物質的補償

材料補正は、製造中および製造後のプリント基板の安定性と信頼性を確保するために不可欠です。プリント基板の材料によって熱膨張係数が異なるため、製造中の基板寸法に影響を及ぼします。これらの係数に基づいた適切な補正を行わないと、基板に反り、ひび割れ、その他の変形が生じ、機能が損なわれる可能性があります。安定性を維持するためには、これらの熱膨張差を考慮した必要な調整を正確に計算し、適用することが極めて重要です。

さらに、プリント回路図の寸法と材料は、PCB の最終的なサイズと形状に大きく影響します。製造時には、設計仕様との一貫性を確保するために適切な調整を行う必要があります。これには、温度、湿度、加熱時間などの製造プロセス パラメータの慎重な制御が含まれ、さまざまな PCB タイプの特定の要件に対応するために正確に調整する必要があります。これらの調整を行うことで、メーカーは最終製品で必要な安定性とパフォーマンスを実現できます。

結論

PCB 製造における補正は、ボードのパフォーマンスと信頼性に影響を与える可能性のある要因に対処します。トレース幅、ドリル、パッド設計、材料、および電気特性の補正を実装することで、Highleap Electronic などのメーカーは、PCB が厳格な品質基準を満たし、意図したアプリケーションで確実に動作することを保証できます。

Highleap Electronic では、これらの要素に細心の注意を払って取り組むことに注力しており、優れたパフォーマンス、故障率の低減、顧客満足度の向上を実現しています。PCB のニーズは Highleap Electronic にお任せください。精度と献身がもたらす違いを体験してください。