PCB技術 - 埋込銅ブロック回路基板の技術及び流れ

電子製品の体積が小さくなるにつれて、プリント基板（PCB）の体積も縮小し続け、回線設計がますます密化している。部品の電力密度の向上により、PCBの放熱量が大きすぎて、部品の使用寿命、老化、部品故障などに影響を与えた。これまで有名な携帯電話のバッテリー爆発事件では、設計者やPCBメーカーが警戒心を高めており、携帯電話内部には一定のスペースを確保し、携帯電話の放熱にも無線充電コイルを充電する際の放熱問題を考慮しなければならなかった。この事件は、電子製品の熱管理の緊急性を改めて証明した。次世代情報技術、省エネと新エネルギー自動車、電力装備などの分野の発展に基づいて、放熱問題の解決が目前に迫っている。現在、PCBの放熱問題を解決するには、密集放熱孔設計、厚い銅箔線路、金属基（芯）板構造、埋込銅ブロック設計、銅基ボス設計、高熱伝導資料など、多くの方法がある。PCB内に金属銅ブロックを直接埋め込むことは、放熱問題を解決する有効な方法の一つである。しかし、現在の製造技術には銅ブロックと基板の結合力が不足し、耐熱性が悪く、オーバーフローゴムの除去が難しく、製品の合格率が低いなどの問題があり、埋込銅ブロックPCB技術成果の応用と普及を制限しており、この現在の科学技術はさらに研究と向上する必要がある。

埋込銅ブロック印刷回路基板は高い熱伝導性、高い放熱性と板面空間の節約などの特徴があり、高出力電子部品の放熱問題を効果的に解決することができる。埋め込み銅ブロックPCB放熱技術は、銅ブロックをFR 4基板または高周波混圧基板に埋め込むものであり、銅の熱伝導率はPCB媒体層よりはるかに大きく、パワーデバイスが発生した熱は銅ブロックを通じてPCBに効率的に伝導し、放熱器を通じて発散することができる。銅ブロックを担持するPCBは多層板に設計することができ、基板資料は製品構造設計の必要に応じてFR 4（エポキシ樹脂）資料または高周波混圧資料を選択することができる。埋設銅ブロックの設計は主に2つの大類に分けられる：第1類は銅ブロックの半埋設型で、「埋設銅ブロック」と命名する、第2類は銅ブロック貫通型で、「銅ブロック」と命名された。埋込銅ブロックの厚さは板部の総厚さより小さく、銅ブロックの片面は下地層と平らで、もう一方は内層のある片面と平らで、埋込銅ブロックの厚さは板部の総厚さと近いか相当で、銅ブロックは最上層を貫通し、このような設計銅ブロックは埋込階段銅ブロックと埋直銅ブロックがある。

放熱基板の科学技術の向上と市場の急速な発展に伴い、放熱基板は基板資料と製品構造の面で、科学技術の変革と革新のブームを呈している。具体的には：

1. アルミニウム基板資料、銅基板資料、金属複合材料、セラミックス基板資料などの高熱伝導基板資料を採用する、

  2.厚い銅箔基板、金属（コア）基板、埋込銅ブロック回路基板、セラミックス基板、銅ベースボス板、銅導電柱、PCBとヒートシンクの一体構造などの製品構造の変更。

FR 4コアプレートと半硬化シートの埋銅領域に埋銅溝をフライスし、銅ブロックを茶色化して圧着して作製し、銅ブロックとFR 4コアプレートを組み合わせた。高周波材料の局所混圧埋込銅ブロックPCBの加工方法は、まず内層コアプレートと半硬化シート埋込銅ブロックの混圧領域で埋込銅溝、局所混圧溝をフライスし、それから重ね合わせて熱溶融し、銅ブロックを溝内に埋込み、さらに圧着し、銅ブロックをFR 4基板、高周波基板と混圧し、放熱機能を実現する。埋込銅ブロックPCBは、積層積層構造上から2つの大類に概括することができる：第1類はFR 4（エポキシ樹脂）材料の3層以上の多層板構造内に銅ブロックを埋込むこと、第2類はFR 4芯板と高周波資料を混圧した多層板構造内に銅ブロックを埋め込むことである。

埋込銅ブロック回路基板の製造技術

1. 銅ブロックとプレート（または混圧区）のフライス溝寸法整合性：銅ブロックがフライス溝に配置され、銅ブロックが緩すぎたり、きつすぎたりすることは圧着ゴムの品質と結合力に影響する。

  2.銅塊と板（または混圧区）の平坦度制御：圧着時、銅塊とFR-4芯板（または混圧区）の平坦度は制御しにくく、銅塊と板の平坦度は±0.075 mm以内に制御することを確保する必要がある。

  3.銅ブロック上の残留ゴムは除去しにくい：圧着時に銅ブロックと板の隙間から溢れ出た樹脂から銅ブロック上に流れた残留ゴムは除去しにくく、製品の信頼性に影響する。

  4.銅塊と板（または混圧区）の信頼性：圧着時に銅塊とFR-4芯板（または混圧区）に一定の高さ差が存在し、銅塊と板の接続箇所のゴム充填不足、空洞、亀裂、層状化などの問題を招きやすい。

開材（銅ブロック、FR 4基板、半硬化シート）→内層線路→内層AOI→OPEパンチ→内層コアプレート及び半硬化シートミリング溝→ブラウン化→リベット化→圧着（銅ブロックを置く）→オーバーフローゴム（研削板）→ミリングブラインド溝（制御深さフライス盤）→機械ドリル（ドリルブラインドを含む）→化学銅めっき→板電→外層線路→パターンめっき→外層エッチング→外層AOI→半田付け防止→文字→成形→電気測定→化学錫めっき→製品検査→包装出庫

開材（銅ブロック、FR-4基板、高周波基板、半硬化シート）→内層線路（高周波板を含む）→内層AOI→OPEパンチ→内層コアプレート及び半硬化シートミリング溝→茶色化→リベット化→圧着（銅ブロックを置く）→オーバーフローゲル（研磨板）→機械ドリル（ドリル盲穴を含む）→銅めっき→板電→外層線路→パターンめっき→外層エッチング→外層AOI→溶接防止→文字→成形フライス溝→ニッケルめっき/金→成形→電気測定→完成品検査→包装出庫

銅埋め込み回路基板の製造における重要な技術及び制御措置

銅塊の成形には主に3つの方法がある：1つ目は専用フライス盤を通じて必要な寸法の銅塊を直接フライスするが、金属基板フライス盤、専用フライス盤を備える必要があり、コストが高い、2つ目はフライス盤の2次加工により、深さ制御フライス機能を持つフライス盤であり、ドリル形状の両刃フライスを使用してまず太くフライスし、もう一度精密にフライスするが、深さ制御フライス機能を備えたフライス盤、専用フライスが必要で、コストが高い。第三に、パンチプレスを用いた打ち抜きであり、生産効率は高いが、金型製作コストが高く、生産柔軟性が悪く、模範的または小ロット生産には適さない。以上の問題を解決するために、パターンエッチングとフライス盤加工技術を開発し、まず銅ブロックのパターンを転移させ、その後エッチング機を通じて銅ブロックの外形をエッチングし、それから通常のフライス盤、フライス盤を用いて銅ブロックの外形を二次加工し、生産効率が高く、生産コストが相対的に低い。

内層コアプレートと半硬化シートミリング溝

積層構造に基づいて、内層コアプレートと半硬化シートミリング内槽について、試験結果。結果：内層コアプレートと半硬化シートに対してまず内槽をフライスし、それからリベットし、その品質信頼性が高いことを表明した。

銅ブロックを圧着する前に、まず銅ブロックに対して水平茶色化処理を行い、そして茶色化補助ツール（例えば網糸引き板）を使用し、銅ブロックのサイズが小さすぎて機械が引っ掛かったりシリンダ内に落ちたりするのを防止し、銅ブロックの微食効果を確保しなければならない。銅塊と板（または混圧区）の平坦度と信頼性を高めるために、銅塊の厚さと板厚の間の整合性を考慮する必要があるほか、離型膜、アルミニウム片、クッションパッドなどの適切なクッション資料を選択し、圧着排版順序を選択する必要がある。積層構造設計はさらに最適化され、高樹脂含有量の半硬化シートを選択し、銅塊PCBを埋めるための専用圧着プログラムを設定し、樹脂を十分に充填し、資料を完全に硬化させ、圧着後の耐熱性と絶縁性を確保する。

銅はめ込み回路基板の熱応力

1.基準

IPC-TM-650、2.6.8めっき孔の熱応力試験、IPC-6012 C剛性プリント基板の同定及び効能規範。

2.試験方法

ベーキング条件：121℃~ 149℃、少なくとも6 H、熱応力試験条件：288℃±5℃、10 s、3回。試験後のサンプルの判定：銅塊と板の隙間に空洞、亀裂、層状などの現象がない。

3.試験結果

サンプルは以上の試験方法で試験した後、銅塊と板の隙間に空洞、亀裂、層状などの現象がなく、耐熱性が良好であった。