ビアを埋める必要があることをご存知ですか? 回路の層間の接続を確立するために使用した後、層を埋める必要があります。 この記事では、これを行うための 2 つの主な方法を理解するのに役立ちます。
ビアとは何ですか?
これは、主にプリント回路基板 (PCB) の複数 (2 つ以上) の層を接続するために使用される銅メッキのスルーホールです。
ビアフィルとは何ですか?
それは単にビアの充填または閉鎖を指します。 充填または被覆プロセスは接続の信頼性を向上させるため、重要であることに言及することが重要です。
したがって、一般的なビア充填プロセスのいずれかを使用してビアの穴を閉じる必要があります。
ビアフィルには何を使用しますか?
ビアホールを覆うためにエポキシを使用するのが一般的です。 このプロセスでのエポキシの選択は、その材料がアセンブリレベルではんだの保持をサポートするという事実に基づいています。 これにより、はんだ接合部を損傷するリスクを軽減し、表面から浴液を遠ざけることができます。
ビアインパッドとスルーホール技術の比較
現在、PCB 内のビアを充填するために、スルーホール技術とパッド内ビアのどちらかを選択できます。
スルーホールプロセスと比較して、パッド内ビアプロセスを使用することに固執することが最善です。 これを使用すると次のような利点があります。
配線密度の向上
配線密度 (層ごとの高密度という観点から測定した場合) が向上します。
合理化された信号転送プロセス
また、パッド内ビアプロセスにより、信号転送プロセスも合理化されます。 それは、銅上にビアを充填、平坦化、メッキする合理化された方法で明らかです。 これは、ボール グリッド アレイ (BGA) から信号を転送し、ビアを通過させてから内部層に信号を渡すという従来のプロセスと比較すると、より優れた方法であることがわかります。
ビア充填プロセスを使用することのその他の利点は次のとおりです。
- 回路基板のサイズと、そこで使用される層の数の削減。
- フィルド vis プロセスでは、高速設計の制約、特に低インダクタンスも解消されます。
- パッドの密着性を強化します。
- 充填ビアも EMI を低減します。
- 熱伝導性と電気伝導性が向上します。
- フィルドビアの使用により、高周波設計ではコンデンサをバイパスするための可能なルートが短くなります。
導電性ビア充填とは何ですか?
回路基板のビアフィルプロセス/オプションの1つです。 これは、PCB のある部分から別の部分への電気信号の転送を開始するプロセスを指します。 同時に、ビアの熱伝達特性が向上し、電気信号の伝達が可能になります。
導電性ビア充填材
この目的には、銅エポキシと銀エポキシのどちらかを選択できます。 この 2 つの主な利点は、優れた熱伝導特性です。 たとえば、これらのマテリアルを利用して次のことを行うことができます。
改善された熱/熱伝導率は、ビアフィルの金属デザインによって強調されます。 これにより、集積回路 (IC) から PCB の反対側への熱の優れた伝達が可能になります。
熱が PCB 側に放散されると、ヒートシンクを介してさらに遠ざけられます。
ここで使用される主な材料は、DuPont CB100 と Tatsuto AE3030 エポキシ フィルです。 この 2 つが「銀でコーティングされた銅粒子」を構成し、エポキシ マトリックスで充填されます。 硬化した状態であっても、熱伝導性と電気伝導性を向上させるのに理想的です。
これらのマテリアルについて、さらに注意すべき点をいくつか示します。
CTE の違い: Tatsuto AE3030 と DuPont CB100 の間には、熱膨張係数 (CTE) に基づく違いがあります。 この違いは主に、CB100 の使用期間が長いことと、CB100 がより高い CTE とより大きな粒子サイズの両方を備えているという事実に基づいています。
銅の導電性エポキシの優れた熱伝導能力と比較すると、銀のエポキシが主に使用されており、非常に手頃な価格です。
導電性ポリマー層の堆積方法を使用すると、回路基板の内部層とビアの間の電流の流れが大幅に増加します。 これは、PCB のビアホール上での蒸着法の配置によって得られます。
導電性ポリマー層堆積法によりコストを節約することも可能です。 これは、ビアホールの内壁を直接メタライゼーションすることで強化できます。
非導電性ビアフィルとは何ですか?
このプロセスは導電性ビア充填オプションと同じ方法で処理されるため、導電性ビア充填オプションの完全に反対というわけではありません。
ただし、非導電性ビア フィルと導電性ビア フィルの違いは目的によって異なります。 非導電性は、はんだやその他の汚染物質によるビアの汚染を防ぐために使用されます。 導電性オプションにより、信号と熱伝達の両方に影響を与えることができます。
非導電性ビア充填プロセスの追加の利点をいくつか次に示します。
- ビアのメッキは、電気信号と熱の伝導もサポートします。
- 非導電性ビアの充填では、穴を覆う銅パッドの構造的サポートの作成も考慮されます。
非導電性ビアフィル材料
Peters PP2795 と三栄化学 PHP-900 エポキシはどちらも、非導電性ビアの充填に使用される一般的な材料です。 前者は長年愛用されてきましたが、近年はサンエーとの熾烈な競争が繰り広げられています。
導電性ビアフィルと非導電性ビアフィルの違い
2 つの間の最初の違いは、導電性ビア フィルが電気信号と熱の伝達を促進するのに対し、非導電性ビア フィルは主に汚染物質がビアに侵入するのを防ぐことです。
PCB 設計者と対象アプリケーションによっては、非導電性ビア充填オプションを使用する方が良い場合があります。 この主張を裏付ける理由は次のとおりです。
はんだブリッジ防止: パッドの数ミル手前の充填ビアではんだマスクが停止するため、はんだブリッジのリスクが大幅に軽減されます。 中密度の回路基板で使用すると、近くのパッドとビアの間のはんだブリッジを防ぐのに役立ちます。
非導電性ビアの充填材は、以前は空気が入っていた隙間を埋めるのに役立ちます。
CTE値のマッチング
また、適用されるビア充填に関連する熱膨張係数 (CTE) の値も一致させる必要があります。 応力関連骨折のリスクが軽減されるため、この一致は重要です。 これらの骨折は通常、同じ状況によって引き起こされる収縮または拡張によって引き起こされます。
CTE 値のマッチングに関連する手順の一部を次に示します。
CTE と周囲のラミネート
最初の値の一致は、周囲のラミネート材料と熱膨張係数 (CTE) の間で行う必要があります。
これは、回路基板がパッドスタック構造の膨張と収縮のオン/オフおよび加熱/冷却状態で「寿命を迎える」ときに便利です。
導電性エポキシと非導電性エポキシの間
導電性エポキシを選択するべきですか、それとも非導電性エポキシを選択するべきですか? 一般に、CTE の値の一致には非導電性バリアントの方が適しています。 これは、CTE をラミネートに適合させるためのより信頼性の高い全体構造を提供するためです。
その一方で、非導電性エポキシが広く採用されているにもかかわらず、 導電性のバリエーションも使用できます。
DuPont CB100 が最良のビアフィルとして人気があることを考慮すると、導電性エポキシが依然として一部で人気がある理由は明らかです。
以下の理由も、CTE 値をラミネートに適合させるために導電性エポキシを使用する必要性を裏付けています。
- 導電性エポキシは、ピン数の多いボール グリッド アレイ (BGA)、特に「高温になる」ものでの使用に最適です。
- サーマルビアには、導電性エポキシがより良い選択肢です。 これらのビアは、熱エネルギーを発生源から素早く追跡するエポキシの機能の恩恵を受けます。
- レガシーまたは古い電子製品も導電性エポキシの恩恵を受けます。 長年の人気とライフサイクル特性の向上により、使用されています。
導電性および非導電性のビアフィルから離す
PCB 内のビアをカバーする際には、非導電性ビア充填と導電性ビア充填が使用されるのが一般的です。 ただし、完全に活用されていない 3 番目のオプションもあります。 名前は銅メッキシャットフィルビアです。
アスペクト比が 10:1 になる場合に一般的に使用されるフィルドビアプロセスです。 直径が8ミル未満の場合にも使用できます。
銅メッキのシャットフィルビアに関する考慮事項
銅メッキされたシャットフィルビアにもいくつかの問題が発生しやすいことを言及することが不可欠です。 知っておくべきことは次のとおりです。
テフロンまたは PTFE 素材を使用している場合は、プロセス中に変形する可能性がありますのでご安心ください。
特定の素材はデザインに使用しないほうがよい場合があります。 たとえば、薄い素材や 20 ミル未満の潜水艦は理想的ではない可能性があります。 平坦化による加工が難しいためです。 また、素材上破れや歪みが生じる場合がございます。
細かいスペースやラインなどは表現できない場合があります。 ラップメッキが必要な場合はこれに該当します。 これは、表面の終端を必要とするめっき方法であるため、表面に銅が蓄積する可能性があります。
フィルドビアの製造方法
導電性ビア充填を使用するか非導電性ビア充填を使用するかに関係なく、多くの場合、プロセスは洗浄から準備まで多岐にわたります。
その主な手順の内訳は次のとおりです。
1. ビアの穴あけ
ビアの作成には、レーザー ビームと機械的穴あけ方法のどちらかを選択できます。 製造する回路基板の数、コスト、穴の深さに基づいて、最適なビアの穴あけ方法を決定できます。
穴について言えば、適切なサイズのアニュラー リングが作成されていることを確認してください。
2. ビアを清掃する
穴あけの後に洗浄プロセスが続きます。 使用できるさまざまなクリーニング オプションは次のとおりです。
ブラシと溶剤: この組み合わせは、破片を取り除くのに役立ち、よりスムーズで細かい穴あけプロセスへの道を開きます。
洗浄に化学プロセスと研磨機械プロセスを組み合わせて使用することもできます。
どのような洗浄方法を使用する場合でも、注意すべき点は、ゴミは必ず除去する必要があるということです。 また、回路基板を綿密に検査して、ビアホール内の銅メッキが均一であることを確認してください。
3. ビアを埋める
必要に応じて、導電性ビア充填または非導電性ビア充填のいずれかでビアを充填することを選択できます。
PCB のビア充填プロセスには、圧力と真空による穴の充填が含まれます。 これにより、樹脂に隙間を作らず、良好な穴埋めが可能となります。 もう一つの工程はパネルの表面を洗浄することです。 このプロセスには、余分な樹脂を除去し、平坦化への道を開くという 2 つの目的があります。
4. 充填ビアを平坦化する
充填ビアの平坦化とは、樹脂を除去する機械的ブラシ処理プロセスを指します。 また、銅の表面を滑らかにして平らにすることも必要です。 このようにして、余分な樹脂を除去しながら、均一な表面が得られます。
5. 過剰メッキ
このプロセスは、平坦化プロセスが完了した後に行われます。 PCB を銅でオーバーメッキすることは、電子コンポーネントを正確にはんだ付けする理想的な方法です。
ビアを埋める前に
導電性充填ビアと非導電性充填ビアのプロセスには差異があるにもかかわらず、 また、この記事で説明したように、いくつかの類似点と相違点もあります。
一般に、ビアホールを充填するプロセスには、次のようないくつかのボトルネックが伴います。
- 構造に関連した問題が発生する傾向があります。
- はんだ付けプロセス中にビアホールが埋まってしまう危険性があります。 これが発生すると、プロセス全体が役に立たなくなる傾向があります。
- もう 1 つの課題は、提供される利点に基づいて、導電性ビア充填プロセスと非導電性ビア充填プロセスのどちらを選択するかです。
最終的な考え
最良の結果を得るには、必ず専門の PCB 設計者に相談して、穴あけ、はんだ付け、充填のプロセスを手伝ってもらいます。 Rayming Technology は、導電性ビアフィル PCB プロセスと非導電性ビアフィル PCB プロセスのどちらが回路に最適であるかを完璧に選択するのに役立ちます。
