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厚銅プリント基板設計ガイド

Gerberをリリースする前に厚銅設計で何が変わるか——銅厚に対するライン幅、クリアランス、サーマルリリーフ、銅バランス、ビア処理です。

太い電源配線を持つ6層の厚銅プリント基板

取得規格

  • ISO 9001:2015
  • IATF 16949:2016
  • UL No. E354070
  • IPC-6012B & IPC-A-600H

厚銅層のエッチングは1 oz層のエッチングと同じ工程ではありません。信号基板に合う設計ルールはそのまま移せません。違いはまずライン幅と間隔、次に導体間のクリアランス、すべてのパッドのサーマルリリーフ、そして最後に仕上がりパネルが平坦に保てるかどうかに現れます。

銅厚に対するライン幅と間隔

1オンスの銅は約35 µmなので、3 oz層は標準層のおよそ3倍の厚み、20 oz層は約20倍です。エッチングはトレースの側面からも表面からも銅を除去するため、厚い層は幅を多く失い、隣の間隔はアートワークが示すより速く詰まります。そのため最小ライン幅と間隔は単一の数値ではなく銅厚に対して示します。微細層では0.06 mmが使え、厚銅層の限界はその厚みで決まりDFMレビューで合意します。最も安全な厚銅レイアウトは、銅を広い形状で電流用に使い、微細な形状を保持できる層に残します。

クリアランスと沿面距離

厚い導体は高い側壁を露出し、電圧は2本のトレース間の表面距離だけでなくその側壁を越えても保たねばなりません。沿面距離と空間距離は銅厚とともに大きくなり、2本の厚銅トレース間のソルダーマスクダムは、形成するエッチと後に受ける実装温度の両方に耐える幅が必要です。厚銅層が高電圧も担う場合、クリアランスは工程最小ではなく動作電圧で決まり、それは製造者ではなく設計の問いです。

サーマルリリーフと実装

厚いパッドは熱を保持します。サーマルリリーフのスポークは、パッドがヒートシンクとして働かずはんだ温度に達するよう大きさを決め、ソルダーマスク開口を厚い銅に合わせて広げ、ビア処理(テンティング、プラグ、充填)は積層後も厚銅層を確実に処理できるよう選びます。リフロープロファイルは追加の熱容量に合わせて延ばすため、厚銅設計は製造と同様に実装の観点でも見直します。

銅バランスと平坦性

アンバランスな積層は積層中に、そしてリフロー中にも反るため、銅はパネル全体とスタックアップの厚み方向でバランスさせます。設計が許す箇所で厚い領域を鏡像にし、残る不均衡は顧客に任せず工程で扱います。反り・ねじれは最大0.7 %に保ち、厚銅の電源層と制御インピーダンス信号層を混在させる基板は、標準ラインの15:1のアスペクト比と±10 %のインピーダンス公差を保ちます。

めっき穴とパネルサイズ

2つの寸法はアートワークではなくめっき工程で決まります。厚銅ではめっきスルーホールは0.3 mm以上に仕上げ、アニュラリングは0.15 mm、最小ビアにも同じ0.3 mmの下限が適用されます。それらのバレルの壁銅は通常20〜25 µm、バレル自体が電流を運ぶ場合は50〜100 µm(2〜5 oz)で、厚銅設計が信号基板より大きなパッドと広いソルダーマスク開口を必要とする理由です。

パネルサイズは能力ではなく費用の判断です。この工程では550 × 350 mmが最も経済的なパネルで、550 × 500 mmも製造できますが目に見えて高くつきます。基板自体は大きくてよく(公表限界は580 × 1900 mm)、設計が許せば面付けは最大ではなく経済パネルに従うべきです。

ルールが確認される場所

すべての厚銅の問い合わせは見積り確定前にDFM・DFA・DFTを通るため、ライン幅、クリアランス、面付けをレイアウトをまだ変更できるうちに確定します。基板自体は厚銅プリント基板ページに、その背後の工程限界値は対応能力ページに——電源、モータドライブ、溶接、めっき装置を含む産業制御ページの内容とともに——記載しています。

ここで扱う設計の実装と調達は同じ工場から見積ります。製造に続く工程は中国でのプリント基板実装ページに掲載しています。

技術仕様

外層銅厚
0.5〜20 oz(約700 µm)・厚銅は通常3 oz以上
内層銅厚
0.5〜10 oz
層数
1〜38層
板厚
0.1〜6.0 mm
最大基板サイズ
580 × 1900 mm
最小ライン/スペース
微細層は0.06 mm・厚銅層は銅厚で決まる
最小仕上がり穴径
メカニカル0.15 mm・レーザー0.1 mm
アスペクト比
15:1
インピーダンス制御
制御インピーダンス層を含む場合は±10 %
反り・ねじれ
最大0.7 %
基材
FR-4、高Tg FR-4、ハロゲンフリー、CEM1、FR-1、Rogers、Arlon、Taconic、Nelco
表面処理
HASL、鉛フリーHASL、ENIG、置換銀、置換スズ、フラッシュ金、金張り、OSP、カーボンインク
設計レビュー
見積り確定前のDFM・DFA・DFT

よくあるご質問

  • 銅厚はライン幅と間隔をどう制限しますか。

    エッチングはトレースの表面からも側面からも銅を除去するため、厚い層は薄い層より幅を失い、2本の厚銅トレース間の間隔はアートワークが示すより速く詰まります。1オンスは約35 µmなので、3 oz層は標準層のおよそ3倍の厚みです。ライン幅と間隔は銅厚に対して設定し、DFMレビューで確認します。

  • 厚銅でクリアランスを大きくするのはなぜですか。

    厚い導体は高い側壁を露出し、電圧は表面距離だけでなくその側壁を越えても保たねばなりません。そのため沿面距離と空間距離は銅厚とともに大きくなり、2本の厚銅トレース間のソルダーマスクダムは、形成するエッチと後に受ける実装温度の両方に耐える幅が必要です。

  • パッドとサーマルリリーフは何を変える必要がありますか。

    厚いパッドは熱を保持するため、サーマルリリーフのスポークは、接続がヒートシンクにならずパッドがはんだ温度に達するよう大きさを決めます。ソルダーマスク開口は厚い銅に合わせて広げ、ビア処理(テンティング、プラグ、充填)は積層後も厚銅層を確実に処理できるよう選びます。

  • 厚銅基板でもインピーダンス制御はできますか。

    はい、必要な層で±10 %まで可能です。スタックアップは厚銅の電源層と制御インピーダンスの信号層を同時に持ち、微細層で0.06 mmのライン/スペースを使えます。反り・ねじれは0.7 %に保ち、銅バランスを確認します。アンバランスな積層は積層やリフローで反るからです。

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