HDI リジッドフレックス PCB 製造プロセス

HDI (高密度相互接続) リジッドフレックス PCB は、高度なプリント基板技術の頂点を表し、高密度配線機能の利点とリジッドフレックス基板の柔軟性を組み合わせています。この記事は、HDI リジッドフレックス PCB の製造プロセスを解明し、その構造、材料、主要な製造ステップについて貴重な洞察を提供することを目的としています。関係する複雑さを理解することで、エンジニアやデザイナーは設計を最適化し、メーカーと効果的に協力して革新的なアイデアを現実にすることができます。

1.理解するHDI リジッドフレキシブル PCB：

HDI (高密度相互接続) リジッドフレックス PCB は、高密度相互接続と柔軟性の利点を組み合わせた高度な形式のプリント基板です。このユニークな組み合わせにより、最新の電子機器の要件を満たすのに理想的なものになります。
高密度相互接続とは、限られた基板スペース内で高密度コンポーネントと信号配線を実現できる機能を指します。より小型でコンパクトなデバイスへの需要が高まるにつれ、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複雑な回路の設計と製造が可能になります。相互接続密度の増加により、より多くの機能を小型デバイスに統合できるようになり、デバイスがより効率的かつ強力になります。
柔軟性は、HDI リジッドフレックス PCB のもう 1 つの重要な特性です。この柔軟性により、性能や信頼性に影響を与えることなく、ボードを曲げたり、折り曲げたり、ねじったりすることができます。柔軟性は、複雑な物理設計を必要とする電子デバイスや、振動、衝撃、極端な環境に耐える必要がある電子デバイスにとって特に有益です。また、さまざまな回路基板セクションの電子コンポーネントをシームレスに統合できるため、追加のコネクタやケーブルが不要になります。
HDI テクノロジーを利用すると、いくつかの利点が得られます。まず、コンポーネントと相互接続間の距離を最小限に抑え、信号損失、クロストーク、電磁干渉を低減することで、信号の完全性が大幅に向上します。これにより、高速デジタルおよび RF アプリケーションのパフォーマンスと信頼性が向上します。次に、HDI リジッドフレックス PCB は、電子機器全体のサイズと重量を大幅に削減できます。 HDI テクノロジーにより、追加のコネクタ、ケーブル、基板間接続が不要になり、コンパクトで軽量な設計が可能になります。これは、重量とスペースの節約が重要である航空宇宙や携帯家電などの業界にとって特に有益です。さらに、HDI テクノロジーは電子機器の信頼性も向上します。 HDI リジッドフレックス PCB は、相互接続の数を最小限に抑えることで、接続の緩みやはんだ接合部の疲労による故障のリスクを軽減します。これにより、製品の品質が向上し、長期的な信頼性が向上します。
HDI リジッドフレックス アプリケーションは、航空宇宙、医療機器、電気通信、家庭用電化製品など、さまざまな業界で使用されています。航空宇宙産業では、HDI リジッドフレックス PCB は、そのコンパクトなサイズ、軽量さ、および極端な条件に耐える能力により、飛行制御システム、航空電子工学、および通信システムで使用されています。医療分野では、ペースメーカー、医療画像システム、埋め込み型機器などの機器に使用されています。通信および家庭用電化製品は、スマートフォン、タブレット、ウェアラブル、その他のポータブル デバイスにおける HDI リジッドフレックス PCB のサイズ縮小と性能向上の恩恵を受けています。

2.HDI リジッドフレキシブル PCB 製造プロセス: ステップバイステップ

A. 制約を設計し、CAD ファイルを準備します。
HDI リジッドフレックス PCB 製造プロセスの最初のステップは、設計の制約を考慮し、CAD ファイルを準備することです。設計上の制約は、PCB の性能、信頼性、製造可能性を決定する上で重要な役割を果たします。考慮すべき重要な設計上の制約は次のとおりです。
サイズ制限:
PCB のサイズは、それが使用されるデバイスの要件によって異なります。機能や信頼性に影響を与えることなく、PCB が指定されたスペースに収まることを確認する必要があります。
信頼性：
PCB 設計は信頼性が高く、予想される動作条件に耐えることができる必要があります。設計プロセスでは、温度、湿度、振動、機械的ストレスなどの要因を考慮する必要があります。
シグナルインテグリティ:
信号の減衰、ノイズ、干渉のリスクを最小限に抑えるために、設計では信号の完全性を考慮する必要があります。高速デジタル信号と RF 信号には、慎重なルーティングとインピーダンス制御が必要です。
熱管理:
熱管理は、過熱を防止し、電子コンポーネントの最適なパフォーマンスを確保するために重要です。熱放散は、サーマルビア、ヒートシンク、サーマルパッドを適切に配置することで実現できます。 PCB レイアウト ファイルの作成には CAD ソフトウェアが使用されます。これにより、設計者は層の積層、コンポーネントの配置、銅線配線の配線を定義できます。 CAD ソフトウェアは、設計を正確に表現して視覚化するためのツールと機能を提供し、生産前に潜在的な問題を簡単に特定して修正できるようにします。
B. 材料の選択とレイアップ設計:
CAD ファイルを準備したら、次のステップは材料の選択とレイアップ設計です。 HDI リジッドフレックス PCB が必要な電気的性能、熱管理、機械的完全性を確実に達成するには、適切な材料を選択することが重要です。 FR-4 や高性能ラミネートなどの硬質層材料は、機械的なサポートと安定性を提供します。フレキシブル層は通常、柔軟性と耐久性を高めるためにポリイミドまたはポリエステルフィルムで作られています。スタックアップ設計プロセスには、リジッド層とフレキシブル層、銅の厚さ、誘電体材料など、さまざまな層の配置を決定することが含まれます。スタックアップ設計では、信号の完全性、インピーダンス制御、電力配分などの要素を考慮する必要があります。適切な層の配置と材料の選択により、効率的な信号伝送が保証され、クロストークが最小限に抑えられ、必要な柔軟性が提供されます。
C. レーザー穴あけと微細穴形成:
レーザー穴あけは、HDI PCB に高密度配線マイクロビアを作成するための重要なステップです。マイクロビアは、PCB の異なる層を接続するために使用される小さな穴であり、より高密度の相互接続が可能になります。レーザー穴あけには、従来の機械による穴あけ方法に比べていくつかの利点があります。これにより、より小さな開口部が可能になり、より高い配線密度とよりコンパクトな設計が可能になります。また、レーザー穴あけにより精度と制御が向上し、位置ずれや周囲の材料への損傷のリスクが軽減されます。レーザー穴あけプロセスでは、集束レーザー ビームを使用して材料をアブレーションし、小さな穴を作成します。次に、穴は金属化されて層間に導電性が与えられ、信号の効率的な伝送が可能になります。
D. 化学銅メッキ:
無電解銅めっきは、HDI リジッドフレックス ボードの製造プロセスにおける重要なステップです。このプロセスには、PCB の微細孔内および表面に銅の薄層を堆積することが含まれます。無電解銅めっきの重要性は、信頼性の高い電気接続と良好な信号伝送を確保できることにあります。銅層はマイクロビアを充填し、PCB のさまざまな層を接続して、信号の導電パスを形成します。また、コンポーネントを取り付けるためのはんだ付け可能な表面も提供します。無電解銅めっきプロセスには、表面処理、活性化、析出などのいくつかのステップが含まれます。 PCB は最初に洗浄され、接着を促進するために活性化されます。次に、化学反応を利用して銅イオンを含む溶液を PCB 表面に塗布し、銅の薄層を堆積します。
E. 画像転写とリソグラフィー:
画像伝送とフォトリソグラフィーは、HDI リジッドフレックス PCB 製造プロセスのコンポーネントです。これらのステップには、フォトレジスト材料を使用して PCB 表面に回路パターンを作成し、パターン化されたフォトマスクを通して UV 光に露光することが含まれます。画像転写プロセス中に、フォトレジスト材料が PCB 表面に塗布されます。フォトレジスト材料は紫外線に敏感であり、選択的に露光することができます。次に、PCB をパターン化されたフォトマスクと位置合わせし、UV 光をフォトマスクの透明な領域に通過させてフォトレジストを露光します。露光後、PCB を現像して未露光のフォトレジストを除去し、目的の回路パターンを残します。これらのパターンは後続のプロセスで保護層として機能します。回路トレースを作成するには、エッチング薬品を使用して不要な銅を除去します。フォトレジストで覆われていない領域はエッチング液にさらされ、銅が選択的に除去され、目的の回路トレースが残ります。
F. エッチングおよび電気メッキプロセス:
エッチング プロセスの目的は、余分な銅を除去し、HDI リジッドフレックス PCB 上に回路トレースを作成することです。エッチングでは、エッチング液 (通常は酸または化学溶液) を使用して、不要な銅を選択的に除去します。エッチングは、エッチング液が必要な回路トレースを攻撃するのを防ぐ保護フォトレジスト層によって制御されます。所望のトレース幅と深さを達成するために、エッチャントの継続時間と濃度を慎重に制御します。エッチング後、残ったフォトレジストが剥がされて回路トレースが露出します。剥離プロセスでは、溶剤を使用してフォトレジストを溶解して除去し、きれいで明確な回路トレースを残します。回路トレースを強化し、適切な導電性を確保するには、メッキプロセスが必要です。これには、電気めっきまたは無電解めっきプロセスを通じて回路トレース上に追加の銅層を堆積することが含まれます。銅メッキの厚さと均一性は、信頼性の高い電気接続を実現するために重要です。
G. はんだマスクの塗布とコンポーネントの組み立て:
はんだマスクの塗布とコンポーネントの組み立ては、HDI リジッドフレックス PCB 製造プロセスの重要なステップです。はんだマスクを使用して銅配線を保護し、配線間に絶縁を提供します。ソルダーマスクは、コンポーネントのパッドやビアなどのはんだ付けが必要な領域を除く、PCB 表面全体に保護層を形成します。これにより、組み立て中のはんだブリッジやショートを防ぐことができます。コンポーネントの組み立てには、電子コンポーネントを PCB 上に配置し、所定の位置にはんだ付けすることが含まれます。適切な電気接続を確保するために、コンポーネントは慎重に配置され、ランディング パッドと位置合わせされます。コンポーネントの種類や組み立て要件に応じて、リフローやウェーブはんだ付けなどのはんだ付け技術を使用してください。リフローはんだ付けプロセスでは、PCB を特定の温度に加熱することではんだが溶け、コンポーネントのリードと PCB パッドの間に永久的な接続が形成されます。ウェーブはんだ付けは通常、スルーホール コンポーネントに使用され、PCB を溶融はんだのウェーブに通過させて接続を形成します。
H. テストと品質管理:
HDI リジッドフレックス PCB 製造プロセスの最後のステップは、テストと品質管理です。 PCB の性能、信頼性、機能を保証するには、厳格なテストが重要です。電気テストを実行して、短絡、断線、導通を確認します。これには、PCB に特定の電圧と電流を印加し、自動テスト装置を使用して応答を測定することが含まれます。はんだ接合の品質、コンポーネントの配置、PCB の全体的な清浄度を確認するために、目視検査も実行されます。これは、コンポーネントの位置ずれ、はんだブリッジ、汚染物質などの潜在的な欠陥を特定するのに役立ちます。さらに、熱応力解析を実行して、温度サイクルや熱衝撃に耐える PCB の能力を評価できます。これは、PCB が極端な温度変化にさらされるアプリケーションでは特に重要です。製造プロセスの各段階中および各段階後に、PCB が必要な仕様と基準を満たしていることを確認するための品質管理措置が実施されます。これには、プロセスパラメータの監視、統計的プロセス管理 (SPC) の実施、逸脱や異常を特定して修正するための定期的な監査の実行が含まれます。

3.HDIリジッドフレックス基板の製造で直面する課題：

HDI リジッドフレックス ボードの製造には、高品質の最終製品を確保するために慎重に管理する必要があるいくつかの複雑さと課題があります。これらの課題は、正確な位置合わせ、表面欠陥、積層中のインピーダンス変化という 3 つの重要な領域を中心に展開されます。
HDI リジッドフレックス ボードには複数の層と材料が含まれており、正確に配置する必要があるため、正確な位置合わせが重要です。正確な位置合わせを実現するには、ビアやその他のコンポーネントが適切に位置合わせされていることを確認するために、さまざまな層を慎重に取り扱い、位置決めする必要があります。位置がずれていると、信号損失、ショート、破損などの重大な問題が発生する可能性があります。メーカーは、生産プロセス全体を通じて正確な位置合わせを保証するために、高度な設備と技術に投資する必要があります。
表面欠陥を回避することも大きな課題です。製造プロセス中に、傷、へこみ、汚染物などの表面欠陥が発生する可能性があり、HDI リジッドフレックス ボードの性能と信頼性に影響を与えます。これらの欠陥は電気接続に干渉したり、信号の完全性に影響を与えたり、ボードが完全に故障したりする可能性があります。表面欠陥を防ぐためには、慎重な取り扱い、定期的な検査、製造中のクリーンな環境の使用など、厳格な品質管理措置を講じる必要があります。
HDI リジッドフレックス ボードの電気的性能を維持するには、ラミネート中のインピーダンス変化を最小限に抑えることが重要です。ラミネート加工では、熱と圧力を使用してさまざまな層を貼り合わせます。ただし、このプロセスにより誘電率と導体幅が変化し、望ましくないインピーダンス変化が生じる可能性があります。これらの変化を最小限に抑えるためにラミネートプロセスを制御するには、設計仕様を厳密に遵守するだけでなく、温度、圧力、時間を正確に制御する必要があります。さらに、高度なテストおよび検証技術を使用して、必要なインピーダンスが維持されていることを確認できます。
HDI フレックス ボードの製造におけるこれらの課題を克服するには、設計者とメーカーがプロセス全体を通じて緊密に連携する必要があります。設計者は製造上の制約を慎重に検討し、それを製造業者に効果的に伝える必要があります。一方、製造業者は、適切な製造プロセスを実装するために、設計要件と制約を理解する必要があります。コラボレーションは、設計段階の早い段階で潜在的な問題に対処するのに役立ち、製造プロセスが高品質の HDI リジッドフレックス ボード向けに最適化されるようにします。

結論：

HDI リジッドフレックス PCB の製造プロセスは、熟練した正確で信頼性の高い技術を必要とする一連の複雑だが重要なステップです。プロセスの各段階を理解することで、Capel は、厳しい納期内で優れた成果物を提供する能力を最適化することができます。共同設計の取り組み、自動化、継続的なプロセス改善を優先することで、Capel は HDI リジッドフレックス PCB 製造の最前線に留まり、業界全体で高まる多機能および高性能ボードの需要に応えることができます。