PCB技術 - pcb基板材質の脱気及び脱気試験量

高真空環境で使用する準備ができている電子機器にとって、基板材質中のガス放出は研究に値する問題である。ここでいう脱気とは、高周波回路基板基板材質などの固体基板材質の内部に残留するガスを放出することを意味する。航空航太（スカイベース分野）、5 G応用、医療システムなどの業界の急速な発展に伴い、ますます多くの分野で基板材質のガス除去特性を重視し始め、その定員に対して特別な要求を提出した。スカイベースでは、基板材質から放出されたガスがカメラレンズなどの機器に凝縮され、動作しなくなります。病院や医療機関も無菌環境を確保するためにガス放出の可能性のある基板材質を排除しなければならない。

絶対空真空条件下では、基板材質の脱気（脱気とも呼ばれる）により、空間検出器における電荷結合デバイス（CCD）センサの効率が低下する。これにより、米航空宇宙局（NASA）は、真空に基板材質を適用する前にガス除去に関する評価を行うための厳格なプログラムを制定するよう促した。例えば、米航空宇宙局の試験プログラムSP−R−0022 Aは、回路基板回路基板材質などの複合基板材質を試験するために使用される。有名な基板材質標準組織ASTM Internationalは、真空環境における異なる基板材質のガス除去による様々な効果の変化を評価するために、基板材質のいくつかの重要なパラメータ（例えば、ASTME 595−07）を測定するために、いくつかの関連規格（例えば、ASTME 595−07）を発表している。米航空宇宙局（NASA）のゴダード宇宙飛行センター（GSFC）は長期にわたり、宇宙機や航空機への応用に最適な基板材質として最低ガス除去率の基板材質を選ぶ政策を支持してきた。ASTM E 595-07規格に従って試験を行い、この規格は1種の試験方法を概説し、+125°Cの真空条件下で24時間以内に試験片の品質変化を評価する。NASAが許容できるTMLの目標数は1%未満、CVCMの目標数は0.1%未満である。

これらのテストで真空という言葉を使うのは少し主観的だ。基準によれば、試験は必ずしも絶対真空のレベルで行われるわけではなく、真空度の典型的な値は通常10〜12 Pa（10〜14 Torr）である。実際、ASTMで使用される基準は、+125°Cで24時間行われるTMLとCVCM試験の真空度が7 x 10-3 Pa（5 x 10-5 Torr）よりも小さいことを規定しているだけである。試験は通常、基板材質の使用寿命を速めるために、典型的な動作温度より少なくとも+30℃高い高温を選択する。

図１　高周波pcb基板

試験基準に基づいて、24時間の真空/高温試験を経た後、+23°Cと50%の相対湿度の下で再び試料を秤量し、水蒸気が測定精度に与える影響を最大限に減らすべきである。24時間加熱の間、サンプルをガラス容器に入れ、制御されていない湿度環境に曝される水蒸気の吸収損失を最小限に抑えるために、ガラス瓶を開けてから2分以内に秤量しなければならない。TMLとCVCMを測定した後、回収された水蒸気（WVR）を追加テストすることができる。試験は基板材質の元の状態または硬化後の状態で試験することができる。

低レベルのガス除去率は、通常、高品質の基板材質と良好に制御された製造技術と関係がある。例えば、ロジャーズ社（ROGERS Corporation）の複数の回路基板基板材質は、米航空宇宙局の試験プログラムSP−R−0022 Aに従ってTML、CVCM、WVRを試験し、これらの一連の基板材質が宇宙機応用に非常に適していることを証明した。これらの基板材質には、PTFE樹脂と無機フィラー（ガラスやセラミックフィラーなど）に基づくRT/duroid® 複合基板材質、およびTMM® 一連の温度が安定した炭化水素系複合基板材質。SP−R−0022 Aの規定方法に従って試験する前に、サンプルを無銅箔状態にエッチングし、+125℃の真空下で24時間加熱した。試料の大きさは100〜300ミリグラムで、銅製のシェルに入れた。各本体ケースの出口ポートを+125°Cに加熱し、同時にクロムめっきコレクタを+25°Cに保持し、出口との距離を12.7 mmに保持した。

これらの試験に対して、すべての場合、RT/duroidとTMM回路基板基板材質のTMLとCVCMの試験データは印象的で、NASAの最大推奨値はそれぞれ1.0%と0.1%で、RT/duroid 5880という積層基板材質に対して、PTFE樹脂、ガラス繊維フィラーを採用し、相対誘電率は2.20で、そのTMLとCVCM値はそれぞれ0.03%と0.00%である。RT/duroid 6002基板基板材質のTMLとCVCM値はそれぞれ0.02%と0.01%であり、この基板基板材質もPTFE樹脂系に基づくが、ガラスマイクロファイバーとセラミックスフィラーの濃度は低く、比誘電率は2.94である。

測定されたRT/duroidおよびTMM基板材質すべてについて、TML値は0.1%よりはるかに低く、CVCM値はゼロに等しいか、またはそれに近い。TMM回路基板基板材質は高度に架橋された熱硬化性炭化水素基板材質であり、TMLとCVCM値が低いという特徴がある。TMM 3基板基板材質の比誘電率は3.27、TMLは0.04%、CVCMは0.00%であった。高い9.20誘電率を有するTMM 10基板基板材質は、0.00%のCVCMを維持したまま、TMLの値は0.06%であった。試験されたすべての基板材質の中で、TMLの最大値は3001半硬化シートであり、これは比誘電率が2.28の熱可塑性クロロフルオロコポリマーであり、PTFEに基づく複数の回路基板を接着して多層回路を形成するように設計されている。それでも、TMLのテスト値は0.13%にすぎず、米航空宇宙局の1.0%の上限よりはるかに低いが、CVCMは0.01%にすぎず、米航空宇宙局が提案した最大値の10分の1に相当する。

回路基板基板材質のガス除去はすべての回路設計エンジニアが関心を持っている実質的な問題ではないが、基板材質のガス除去は人工衛星やその他の航太電子製品に従事している人にとっては容易なことではない。回路基板基板材質に対して最も慎重な方法は、TML、CVCM、WVRの値が最も低い基板材質をできるだけ選択することです。