小型プリント基板の設計

エレクトロニクス分野ではさらに小型のコンポーネントが求められる中、これがプリント基板の設計にどのような影響を与えているかを Jan Pederson が考察します。

今日のエレクトロニクス産業は、強力な小型化傾向を特徴としています。 コンポーネントはますます小型化しており、これに伴い、コンポーネントの設計にも新たな要求が生じています。プリント基板(PCB) に実装されています。NCABグループは、超高密度 Ultra HDI PCB の標準を開発する世界標準協会 IPC の取り組みに尽力しており、今年、それらを顧客に提供できる立場になります。

現在、PCB の設計と製造において、いくつかの新たな革新と技術が生まれています。 1つ目は高密度相互接続 (HDI) テクノロジーにより、より小さなフォームファクターでコンポーネントの密度が高まり、パフォーマンスが向上します。 革新のもう 1 つの分野は、フレキシブルでウェアラブルな電子機器に使用されるフレキシブル PCB であり、耐久性とフォーム ファクターの向上が注目されています。

さらに、HDI と PCB の層間の相互接続として使用されるマイクロビアがこの分野で関心を集めており、より小さなビアによりコンポーネントの密度が高まり、信号の完全性が向上します。 PCB の性能と信頼性を向上させるためのセラミック、複合材料、ナノマテリアルなどの特殊材料の使用も、コンポーネントの密度を高めて性能を向上させるために集積回路の複数の層を積層する 3D-IC スタッキングと同様に、急速に進んでいます。

これらのテクノロジーを実装するには、メーカーが最新の機器とプロセスに投資するだけでなく、これらの新しいテクノロジーの使用について訓練を受けた熟練した労働力を育成する必要があることを私たちは知っています。 さらに、PCB 設計がこれらの新しいテクノロジーに合わせて最適化され、確実に製造できるようにするには、適切な設計およびシミュレーション ツールを使用する必要があります。

PCB がスマートウォッチ、フィットネス トラッカー、衣類などのウェアラブル デバイスに統合されているウェアラブルなど、HDI の必要性を促進する革新的な製品が普及しています。 この場合、PCB はより多用途な設計とパッケージを可能にする柔軟な材料で製造されています。 繁栄するモノのインターネット (IoT)、人工知能 (AI)、および 5G テクノロジーは、製造業を新たなレベルに加速させている業界の一部です。 これらのテクノロジーは統合する必要があるため、最適なパフォーマンスと信頼性を確保するために、実装には設計段階で慎重な検討が必要です。 チップオンボード (COB) やフリップチップなどのパッケージング技術と、これらの技術を直接システムに統合するプリント基板「PCBのような基板」と呼ぶことができます。

として定義されるウルトラ HDI ボード 、PCB にはいくつかの異なる特徴が必要です。 まず、導体の幅、アイソレータの距離、誘電体の厚さが 50μm 未満でなければなりません。 さらに、PCB は 75µm 未満のマイクロビア直径と、既存の IPC 2226 レベル C 規格を超える製品特性を備えています。

NCAB では、社内技術評議会の特別グループが、工場がこれらの Ultra HDI 要件を満たす能力を構築できるようサポートするために取り組んでいます。 導入されている重要な方法の 1 つは、修正セミアディティブ処理 (mSAP) です。これは、厚い層をエッチングするのではなく、薄い初期層に銅を堆積させます。 このプロセスでは銅の使用量が少なくなるため、環境に優しくなります。

微細化のレベルがさらに高まると、十分に高い解像度でパターンを基板に転写できることも必要になります。 そのため、工場には最先端のレーザー ダイレクト イメージング (LDI) 機能が必要です。 さらに、周囲の環境は汚染や粉塵を避けるために非常に清潔でなければならず、それには多額の投資が必要です。 潜在的な基板欠陥を検出して回避するには、テストプロセスと自動光学検査 (AOI) 装置も更新する必要があります。 同様に、銅めっきを行う際には、設備と化学反応を考慮する必要があります。 その結果、小型化により、よりクリーンでより均質な材料の必要性が生じます。

NCAB の工場は現在、Ultra HDI 機能の拡大に全力で取り組んでおり、2023 年に Ultra HDI ボードの提供を開始する予定です。

これを達成するために、NCAB は、新技術の導入に関して会社の準備がどの程度整っているかを監視するための新しいツールを備えています。新技術準備状況レポート (NTRR)。 このレポートは、当社が顧客に対して透明性を持って何を行うか、何を行わないかを定義することに基づいています。

そのためには、まず工場管理、調達、監査、資格に関する社内の知識が必要です。 私たちは工場と一緒に自分たちの能力を定義し、それに基づいて製造のための設計（DfM）や顧客向けのセミナーを作成します。 学んだ教訓からしばらく経つと、故障モードの影響解析(FMEA) は、最新の DfM とセミナーにフィードバックされます。

この間に、お客様にとって透過的な NTRR で準備状況を更新します。 新しいテクノロジーの導入中は、早い段階でセキュリティ要素を特定し、学んだ教訓を更新する必要があります。 次に、障害の種類を監視し、テストと検査を追加して、発生、検出、重大度を監視する FMEA を構築できます。 目的は、収量を増加させ、許容可能なレベルに達することです。

Jan Pederson は、次のテクノロジー担当ディレクターです。NCAB