バックプレーンPCBはマザーボードとも呼ばれ、ドーターボードやラインカードなどの機能ボードを搭載する役割を持つベースボードの一種です。バックプレーンボードの主な役割は、ドーターボードを搭載し、機能ボードへ電力を分配することで、電気的接続と信号伝送を実現することです。したがって、バックプレーンとそのドーターボードの連携によって、システム機能が実現されます。
IC（集積回路）コンポーネントの特性がますます高集積化し、I/O 数も増加し続けていることに加え、電子実装技術の急速な進歩、高周波信号伝送および高速デジタル化の発展に伴い、バックプレーンボードの機能は、機能ボードの搭載、信号伝送および電力分配へと徐々に拡大している。これらの機能を実現するために、バックプレーンボードには、層数（20～60 層）、板厚（4mm～12mm）、ビア数（30,000～100,000）、信頼性、周波数および信号伝送品質の面で、より高い要求が課せられている。
したがって、そのような高い性能要件を満たすためには、バックプレーンPCBの製造は、基板厚、基板サイズ、層数、位置合わせの制御、バックドリルの深さおよびスタブといった点で、厳しい課題に直面しなければなりません。言い換えれば、これらすべての要素は、バックプレーン製造に関して間違いなく重要な課題となります。本記事では、バックプレーンPCB製造プロセスで直面する主な困難を示し、PCBCartが20年以上にわたる製造経験に基づいて得た実用的なヒントについて論じます。
アライメント制御
超多層PCBの製造に関しては、アライメント制御が最も重要な製造上の課題であり、アライメント制御が不十分だとショートを引き起こす可能性がある。
アライメント制御には多くの工程や要素が影響しますが、その中でも層構成が最も重要です。多層PCBには通常、マスラミネーション、ピンラミネーション、および熱電対加熱の3種類の構成があります。
ヒント:
・最適な構成方法は、コアボードに衝撃効果を引き起こさないため、ピンラミネーションにあります。
・何らかの制約によりピンラムを適用できない場合は、銅鉄リベットと短いダボの組み合わせが良い選択となります。
・ピン積層構造を使用する場合、どのカテゴリのピンを使用するかが極めて重要である。例えば、位置合わせ制御の要件を満たしつつ、4本のピンを使用した方が、8本の円形ピンを使用する場合よりも良好な性能を示すことが分かっている。
掘削技術
バックプレーン基板の厚みが大きいため、ドリルが基板まで届かないほど短くなってしまう可能性があります。しかし、ドリル工具が長すぎると、穴あけ加工中に折損しやすくなります。さらに、粉塵が過剰に発生すると穴を塞いでしまい、バリが発生することがあり、バックプレーンPCBの性能を著しく低下させるおそれがあります。
ヒント:
・CCD方式はバックプレーン基板のドリル加工に適用すべきであり、CCDマーカーはX線ドリルによってあけられたスルーホールに依存する。
・導電方式による深度制御の適用により、掘削深度を正確に測定することができる。
電気めっき能力
バックプレーン基板の厚みが大きいため、アスペクト比も高くなります。スルーホール内の銅めっきを十分に確保するために、電解めっきが十分な深さまで行えない場合、ホール内部には必要な銅が確保される一方で、ホール開口部には過剰な銅が残り、開口径に影響を及ぼし、その結果、ビアの開口径とホール壁の銅厚が両立しない状態になります。
ヒント:
・パルスめっき液は、めっき能力、信頼性および浴安定性の観点から、直流めっき液と比較する必要がある。
・EP などの新しい DC めっき液を使用すること。
ICD分析
ICD は高周波材料の製造工程中に発生しやすく、電気的接続および長期信頼性に重大な品質リスクを引き起こす。バックプレーン PCB 製造工程においてこのような問題を回避できるよう、ICD の原因とその解決策をまとめる必要がある。ICD 問題の原因は、内層銅箔上に残ったレジンゲル残渣と、それに対する洗浄不足にある。
ヒント:
・ボード材料のエージング程度を解析し、不十分なエージングによる樹脂が内層銅箔上に残留しないようにすること。
・ゲル残渣が完全に除去されていることを確認できるよう、掘削パラメータの制御を最適化する必要がある。
バックドリルスタブ
高速信号伝送に関して言えば、スタブは信号の歪み、さらには信号伝送の失敗を引き起こす可能性があります。したがって、高速信号伝送においてスタブがもたらす負の影響を明確にする必要があります。これまでのところ、スタブの長さが 0.25mm 未満であれば、信号への影響は非常に小さく、無視できると要約できます。その結果、スタブ長は 0.25mm 以内に制御すべきです。
ヒント:
・信号伝送品質への影響を最小限に抑えるため、スタブ長は0.25mm以内に制御する必要があります。
