PCB融合技術の概要とその影響要因

急速に発展する電子産業は、PCB（プリント基板）製造業に対して、層数の継続的な増加、配線密度の一層の高密度化、内部層の一層の薄型化など、ますます高い要求を突きつけており、これらすべてが……の重要性を一段と高めている。レイヤースタックアップおよびラミネーション技術。

多層プロセスにおいて、積層工程の前にフュージョンを行うことは、位置ずれや融着不良などのラミネーション工程中に発生する品質問題を防止するために一般的に求められます。PCB製造工程従来のラミネーション技術と比較して、最新のラミネーション技術は、高効率、操作の容易さ、低コストといった利点を備えており、多層PCB製造への適用を可能にしている。本稿では、ラミネーションPCB製造の基礎技術から出発し、ラミネーション効果およびラミネーション技術の適用レベルに影響を与えるパラメータ要因について論じ、得られた最適ラミネーションパラメータに基づいて信頼性の高い参考資料を提供する。

核融合技術の原理

従来の技術として、リベット技術はPCB基板の製造に広く用いられてきました。 しかしながら、リベット技術には、リベット自体のコストが高いためにPCB基板のコストが高くなること、基板の変形による位置ずれ、ステンシルが損傷しやすいこと、基板上にリベット形状のくぼみが生じることなどの欠点もあります。 その結果、リベット技術に代わるものとして、フュージョン技術が継続的に採用されるようになっています。

エポキシ樹脂プリプレグの溶融特性に応じて、融着技術は、プリプレグを一定温度下で溶融させることにより、B相エポキシ樹脂をC相エポキシ樹脂へと転化させ、内部層同士を接着剤によって結合させることで機能する。融着は積層工程において最も重要なプロセスの一つであり、その性能は積層の挙動を直接左右する。融着技術に関する主要な要素には、次のようなものがある。

・測位システムの精度

位置決めシステムの種類は、内部層間のアライメント精度と直接関連しており、それがさらに合格率の割合に影響を及ぼす。優れた位置決めシステムは、安定しており、信頼性が高く、再現性に優れていなければならない。

・フュージョンポイントデザイン

融合点は、正方形、円形、楕円形などのさまざまな形状に関わる融合技術において重要な課題である。融合点は、その面積の観点から適切でなければならない。面積が小さすぎる融合点は、十分に強固でない融合溶接につながりやすく、一方で面積が大きすぎる融合点は、白点の発生、内部層間の接続不良、あるいは層間剥離を引き起こす可能性のある画像貫通を招きやすい。

・装置の平坦度

装置の平坦度は、融着工程中のPCB基板の角度、融着工程中の力の分布、およびモーメントバランスに影響を与えます。平坦でない場合、回路基板が変形し、それによって層間の位置ずれが生じます。

・温度と時間の管理

融合技術を実装する過程では、焼損、白点、はんだ外れおよび劣化を防ぐために、温度と時間を慎重に把握・管理する必要があります。さらに、PCB基板の層構成も、融合効果を決定する上で重要な役割を果たします。

フュージョンPCB製造におけるフュージョン性能に影響を与える要因

・溶接継手

さまざまな溶接継手の種類に対応する異なる溶融結合および溶融効果を、次の表にまとめて示す。

上記の表に基づくと、矩形融着溶接部の面積は円形融着溶接部の3倍であるため、矩形融着溶接部によって生成される接合は、円形融着溶接部によって生成される接合よりも明らかに大きくなる。しかしながら、矩形融着溶接部によって生じる樹脂流動は、円形融着溶接部によって生じる樹脂流動よりもはるかに多い。樹脂流動が過大になると、基板側の一部が基板面より高くなる可能性があり、基板側に疑似的な圧力を生じさせるおそれがある。小型サイズのPCB製品においては、設計可能な融着ポイントが非常に限られており、かつ円形融着溶接部は面積が小さいため、融着接合が不十分となる。その結果として、矩形融着溶接部を選定し、融着位置を慎重に設計すべきである。基板を適切に内側へ移動させることで、過度な樹脂流動という欠点を克服することができる。

・融点

融着温度が300℃に達すると、融着膨張領域は比較的大きくなり、融着効果は不良となる。融着温度が270℃に達すると、融着膨張領域は不均一で亀裂のリスクがあり、融着効果は不良となる。融着温度が285℃に達すると、融着膨張は均一で亀裂のリスクもなく、最適な融着効果が得られる。したがって、同一の融着時間および層構成においては、多層PCB製造における最適な融着温度は285℃であると結論づけられる。

• フュージョンタイム

同一の融着温度および層構成条件において、融着時間の違いは融着膨張面積および融着効果に影響を与える。融着時間が12秒の場合、融着膨張面積は不均一でクラック発生のリスクがあり、融着効果も不良である。融着時間が18秒の場合、融着膨張面積は大きいが、融着効果は不良である。融着時間が15秒の場合、融着膨張は均一でクラック発生のリスクもなく、融着効果は最適である。したがって、同一の融着温度および同一の層構成条件において、多層PCB製造における最適な融着時間は15秒である。融着時間が長すぎても短すぎても、融着効果が悪化する。

・レイヤースタックアップ

同一の融着温度および融着時間においては、層構成の違いが融着面積および融着効果を決定する。同一の融着時間および融着温度では、プリプレグ2116を適用した場合、融着膨張面積は均一でクラックもなく、最適な融着効果が得られる。同一の融着時間および融着温度では、プリプレグ7628を適用した場合、融着膨張面積は均一だがクラックが発生する。これは、同一の融着時間および融着温度において、プリプレグが薄いほど、より良好な融着効果が得られることを示している。したがって、多層PCB製造におけるフュージョン技術の実装には、2116またはそれ以下のプリプレグを用いた層構成が適していると結論づけられる。

本稿の議論に基づくと、融着効果に影響を与える要因は多く存在し、融着溶接継手の形状、融着温度、融着時間、および層構成が挙げられる。矩形の融着溶接継手は、円形の融着溶接継手よりも良好な融着効果をもたらす。同一の層構成および融着時間であれば、融着温度が高いほど融着拡大領域は大きくなる。融着温度が低すぎると、融着拡大領域が不均一になり、クラック発生のリスクを招く。融着時間が長いほど、融着拡大領域は大きくなる。融着時間が15秒を超えると、融着拡大領域はさらに拡大するが、不良な融着効果が生じる。プリプレグ構造が薄いほど、融着拡大はより均一になる。したがって、2116またはそれ以下のプリプレグが融着に最も適している。