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アキュベリノス技術講座 シーズン1 プリント配線板について(初級編) 第7回(第7章)プリント基板の主要な構造と材料
アキュベリノス技術講座
シーズン1 プリント配線板について(初級編)

第7回(第7章)プリント基板の主要な構造と材料


今号のポイント
  ☆プリント基板の構造や材料にはどんなものがあるのか?
  ☆電子回路設計時に注意しておくことはどんなことか?

第7章から第9章にかけては、プリント基板の構造から製造までを説明します。

1:プリント基板材料の種類





 基材の一般的な呼称ではFR(Flame retardant)グレードで呼ばれることが多いです。紙フェノールは安価で加工し易く、家電製品での片面基板や両面基板で使用されます。最近の片面・両面基板ではCEM-3という紙フェノールより耐熱・耐湿性に優れ、FR-4より安価なものが多用されています。
 上記の基材に銅箔を張ったものを銅張積層板と呼び、材料メーカーから販売され、基板工場はそれを仕入れてプリント基板に加工して行きます。図7-1に銅張積層板の例を示します。





 最近はこの他に、両面基板では「CEM (Composite epoxy material)-3」と呼ばれるエポキシ樹脂を含浸させたガラス織布とガラス不織布を重ねたコンポジット材が、家電製品を中心に非常に多く使われています。FR-4に比べて価格が安く、切削性に優れているために丸穴・角穴・外形を金型加工し易いのが特徴です。ただし、寸法安定性、機械強度はFR-4よりも劣るため、多層板には不向きです。

2:構造

 ここではガラスエポキシ系の材料を使用した多層基板を例に話を進めます。
多層基板は図7-1の銅張積層板と接着剤の役目をするプリプレグというシートを重ねた構造になっています。プリプレグは、基材と同じくガラス繊維布にエポキシ樹脂を含浸させた材料で作られていますが、異なるのはエポキシ樹脂が完全には硬化していないBステージと呼ばれる状態のものであるという点です。このBステージとは、熱硬化性樹脂が半硬化状態のもので、温度を上げると一旦溶けますが、その後冷えると完全に硬化(Cステージと呼びます)して、次に温度を加えても溶けません。

 図7-2には4層基板の構造を示します。プリント基板の製造工程では、このように積み重ねてからプレス工程で高温高圧にしてプリプレグを一旦溶かして銅張積層板同士を接着させています。プレス後の状態を図7-3に示します。









3:回路設計時に注意しておく点

 回路設計者はプリント基板の層構成も指示すべきであるということです。個別に見て行きましょう。

1)銅箔間の層間距離は案外短いということ

 図7-1や図7-2でわかるように、樹脂部分の厚みは様々な厚みがあり、薄いものでは50μm〜60μm程度の時もあるということです。層間距離が短いということは、層間での電磁的影響があるということです。つまり、どの層で信号を扱い、どの層で電源GNDを入れるかを考慮する必要があります。敏感な信号やノイズ源は隣(横方向)のパターンだけでなく、隣接層(縦方向)にも気を配ることです。

2)インピーダンスコントロールでは

 インピーダンスコントロールの詳細については別途説明しますが、特性インピーダンス値に最も影響があるのは、層間距離です。しかし厄介なことに、多層基板の層間には前述したプリプレグが使用されている層があります。なぜ厄介かというとプレス工程で一旦溶けてしまい、一部が外形の外に流れ出します。その後冷えて固まる訳ですが、樹脂厚が外形全体で均一なのか?ということです。これはプリント基板が大きなサイズになればなるほど気に掛かる点です。
 各基板工場では、様々な製造ファクターを変化させながら均一化の努力をしているところがあります。特性インピーダンス値は、B5サイズのプリント基板であれば、通常はだいたい±10%内には収まります。しかし、特性インピーダンス値にさらなる精度を必要とされる際には、テストクーポンを何箇所かに入れて実測されることをお奨めします。
 プリント基板要求仕様の部分でも書きましたが、特性インピーダンスの有無と該当層は必ず指示して下さい。

 今回はここまでとします。次回は第8回(第8章)「プリント基板の製造と検査」を予定しています。

第7回(第7章)プリント基板の主要な構造と材料 終わり
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(本書は、株式会社アキュベリノスの著作物です。許可なく掲載、転載等を行うことを禁止します。)


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