PCB技術 - PCBの信頼性について

PCBの基本的な機能の1つは、電気信号の伝送を運ぶことである。

pcbの信頼性を研究するために，その基本的な機能が失われないか，電気的性能指標のいくつかが劣化しないか，すなわちその機能の耐久性を研究する。pcbの信頼性について，実装後の下流pcbユーザの品質，直接ユーザデバッグの品質と製品使用の品質について検討し，pcb処理の品質を特徴付け，高信頼性pcbを製造するための基本的な方法を提供した。

1 PCBの信頼性解析

インストール後の1.1 PCBの品質特性化

PCBインストール後、PCBの品質は直接反映されます。

視覚的にPCBの外観をチェックしているかどうかは、白い斑点、反りやその他の現象です。

業界のインサイダーによる「爆発板または層化」と呼ばれる発泡は、信頼性の高いPCBのインストール後に発生しないことが懸念の一つである。高信頼性PCBを得るためには、以下のような態様が必要である。

1.1.1のPCB材料の選択

同じタイプのPCBベース材料の性能は、異なるメーカーとは大きく異なり、異なる種類のPCBベース材料の性能がさらに異なる。PCB処理は、材料の耐熱性および材料の電気的性能を考慮に入れるための基材を選択する。設置に関しては，材料の耐熱性をさらに考慮する。材料の熱抵抗は一般にガラス転移温度（Tg）および熱分解温度（Td）と呼ばれる。現在，pcbの設置は，部品のはんだ継手組成（鉛，鉛フリー）に従い，鉛，鉛フリー，混合設置に分けられる。対応するピークリフローはんだ付け温度は215、250および225℃であるので、PCB材料は異なる設置方法によって異なるように選択されるべきである。鉛フリーはんだでは、170℃以上のTgを選定した。混合組立溶接では，tgが150℃以上の板を選定した。

鉛ハンダ付けにはすべての材料が適しているが，通常，130 c以上のtg板が使用される。TGを考慮することに加えて、一般的な注意は、メーカーのブランドとモデルに支払わなければなりません。現在，安定した性能を有する一般的なプレートは，tuc，isoia，日立，neleoなどである。

1.1.2プロセス制御

PCBが工場から出る前に、サンプルは、配達状態と熱ストレステストを実施するために取られなければなりません。そして、その目的は欠陥がない状態でインストールされることが保証されることができませんが、不完全な配達状態と完全に適格な熱ストレステストで製品が保証されることができないけれども、インストールが成層化されないことを確実とすることになっています。不完全な配達状態の製品がインストールされるとき、隠れた危険がなければなりません。したがって，配信状態と熱応力試験は，設置品質の初期予測因子である。このようにして，pcbの配送には，配送状態と熱ストレスの認定が必要である。このため、PCBの処理中に次の態様に注意しなければならない。

1.1.2.1 PCB処理要件を定義します

PCBの熱応力試験結果は、層の数、厚さ、BGAピッチ（または穴の間の中心距離）、導体銅の厚さなどの影響を受ける。

BGAピッチは0.8 mm以下、ホール壁中心距離は0.5 mm以下である。熱容量が大きいため、設置時に熱が集中し、誘電体層を層状化することが容易となる。したがって、このようなPCBを処理するには、170℃以上の材料を選択する必要がある。

35 mm×1，000 mを超える導電性の厚さ，高い熱容量，樹脂の流れに対する高い耐性，積層中に可能な限り高い流動性の半硬化シートとして使用した。穴径が0 . 3 mm以下のpcbでは，穴の品質に直接穴加工の品質が影響する。穴の壁がきれいで、平らで、涙が小さいことを確実とするために、穴をあけているパラメータは厳しく管理されなければなりません。

細かいプロセス制御

交互状態と熱応力の実験では層状化が起こる。主な理由は、内部導体の酸化処理品質が不良であるため、半硬化シートへの銅の付着や半硬化シートの汚れや吸湿性が悪いということである。酸化処理は材料によって異なる。高tg材料は硬く脆い，ビロードティーブラウンで酸化される。従来の材料は、結晶性黒色［2］によって酸化され得る。もちろん、導体表面の粗さは、半硬化シートへの銅の結合力に直接影響する。したがって、どのような酸化処理であっても、酸化の表面粗さを明確に定義する必要がある。同時に、ラミネーションプロセスの間、材料の汚染および吸湿はできるだけ避けるべきである。このため、1枚のシートの焼成条件を定量的に制御しなければならず、半硬化シートを除湿しなければならず、環境の清浄度や操作仕様をラミネートで制御しなければならない。ラミネーションプロセスの制御においては、樹脂の適切な湿潤を確保するためのプレートの種類及び量に応じて効果的なラミネーションパラメータを設定しなければならない。

1.2 PCBのデバッグ品質の特性化

PCBデバッグの品質は、デバッグ結果が設計要件をスムーズに満たすかどうかに依存する。インストールの後、PCBデバッグはPCBの処理品質をスムーズに含みます。そして、それはPCBの信頼性を特徴づける重要な情報でもあります。一般に、滑らかなデバッグを行うボードは信頼性が高い。反対に、ボードがスムーズにデバッグされない場合は、その信頼性に隠された危険性がある必要があります。pcbの処理品質は主にpcbのライン，ディスク及び媒体層を含む。

PCB品質に及ぼす1.2.1 PCB導体の影響

電子製品の微細な発展に伴い、PCB加工技術の継続的な改善とともに、PCB線はもはや単純な信号伝送ではなく、インピーダンス線、等高線、リアクタンス線などの多くの機能要件によって補われる。その結果，ギャップ，バリ，形状角などのワイヤの欠陥が，pcb（3）の性能に対してより明らかに影響を及ぼす。線幅の10 %の偏差は、インピーダンスの変化を20 %まで上げることがある。ワイヤのギャップとバリは、信号を0.1 nsまで遅延させることができる。線の形状差は、反射、雑音および他の干渉を信号伝送の完全性に影響させることがありえる。プリント基板の製造工程では、ラインの品質は無視できないことがわかる。一方，厳格な工程管理が要求される一方で，ラインの精度が設計要件を満たすことを保証するために，高精度の生産設備と適切なプロセス技術（半加算など）が要求される。

PCB品質に及ぼす1.2.2 PCB接続ディスクの影響

通常、ディスクを接続するには大きな開口がある。設計時にリング幅要求を考慮した。品質は保証されることができます、しかし、穴の品質はメーカーからメーカーまで大きく異なります。開口率が0.6 mm以上の開口部では、Pb / Snの窓開口部が問題となる。しかし，0 . 3 mmより小さい孔に対しては，異なる穴の粗さ，異なる深さ，異なる厚さと孔壁の均一性が小孔と不良溶液交換の異なるパラメータによって引き起こされる。可能な限り、将来的には、ハンダ抵抗性インクやブロッキングホールなどで被覆するなどの異なるスルーホールコーティングプロセスが採用されるが、ブロッキングホールはホールの抵抗にほとんど影響を与えない。したがって、間隙抵抗の差が依然として存在する。表1は、異なるメーカーから0.25 mmホールの抵抗試験結果を示している。

ホール抵抗差

ホール抵抗差

大気孔抵抗は電気信号伝達の品質に影響を与え，同時に非導電性不純物の存在または孔壁中の亀裂または亀裂を屈折させる。高温で衝撃を受けたこのような穴は必然的に亀裂または亀裂を生じ、結果としてPCBを形成する機能が完全に失われる。したがって、PCBの処理においては、ホール抵抗値の大きさに特に注意しなければならない。

PCB品質に及ぼす1.2.3 PCB層の影響

PCBの層は、誘電体層の厚さおよび均一性に重点をおいて、前に説明したPCBの処理材料および層間誘電体層の厚さおよび均一性を指す。

誘電体層の厚さはpcbの層間絶縁性に影響し，その特性パラメータは降伏電圧である。絶縁破壊電圧が高いほど絶縁性が向上する。異なるフィールドで使用されるPCBsの破壊電圧は異なるが、誘電体層は薄く、ブレークダウン電圧は低くなければならず、同じ厚さの誘電体層はより厚いので、誘電体層の厚さの制御は降伏電圧に基づいており、半硬化シートの種類を考慮する。誘電層厚の均一性は信号伝送の安定性に影響する。厚さずれは10 %であり、特性インピーダンス偏差は20 %までである。一方，厚さ均一性はゲル時間，樹脂流動性などの材料性能パラメータに関連しているが，積層のプロセスパラメータと装置の精度に密接に関連している。したがって，誘電体層厚の均一性制御は，高精度装置と最適化積層パラメータによって制御する必要がある。

1.3 PCB使用品質のキャラクタリゼーション

電子製品の使用における性能の安定性はpcbの品質に関連している。使用中によく見られるPCBの欠点はイオンマイグレーション（caf）とはんだ品質（ジョイント）である。銅イオン移動システムは，ガラス繊維束または糸束と樹脂の間のスリットを通して細孔壁のような2つの導体間の銅移動を生じる。この機構は、PCBが電源を投入された後、高電圧（アノード）の銅が最初に水中で腐食し、次いで銅Cu 2＋に酸化するというものである。銅イオンはチャネルに沿ってゆっくりと他方の低電圧極へ移動する。低電圧端もアノードに移動するので、2つの場所の間の接続、すなわちリーク短絡回路を形成する際に、途中でチャネルに遭遇すると、銅が2つから復元される。短絡が発生すると、CAFは高抵抗熱によって燃焼し、次いで新しいCAFが始動される。これは、電子製品の機能なしで時々、週後に起こります。ここで、いくつかのシナリオは、CAFが発生します。

裸の銅導体、水蒸気、電解質、電位差とチャンネルの以下の5つの条件の下でCAFを生産しなければなりません。最初の4項目は電子製品の使用において避けられない。チャネルはcafの発生を制御するために使用でき，チャネルの形成は主にpcbの製造における材料，ドリル，汚染及びその他の要因に関連する。一般的に言えば、ガラス繊維が微細であれば、樹脂の含有量が多いほど、靭性が向上し、ドリルの破断確率が低くなる。したがって、可能な限り、高密度ガラス繊維材料は、高密度PCCまたは湿潤環境で使用されるPCBsに使用されるべきである。異なる材料、穴の異なる数、別の掘削パラメータは、掘削時には、補強材にドリルの影響は異なり、穴の壁の品質は異なり、穴の壁に損傷も異なり、コアの吸引度が異なる。したがって、通過の発生を防止するために、穴の品質を厳密に制御して、滑らかで平坦な穴壁を確保する必要がある。汚染除去の主目的は、内部導体に穴をあけたときに吸着した樹脂を除去することである。勿論、孔壁の絶縁層の樹脂も噛まれる。ネガティブエッチングを形成するためには、孔壁の絶縁層の樹脂がさらに噛むこともある。このとき、咬合量を厳密に制御する必要がある。さもなければ、「チャンネル」を形成するのは非常に簡単です。

下の写真は樹脂バイト過剰。

PCBと部品は溶接されたはんだ接続によって接続されており、これは電子製品の使用における環境影響のために異常な状況になることがある。これは主にpcbの表面被覆プロセスに関連する。現在，pcb表面は熱風平準化，tinめっき，化学ニッケル金，有機酸化防止，銀などで被覆されている。熱風平準化またはすずめっき溶接中に形成されたCu 6 Sn 5 IMCは長期使用では変化しない。はんだ接合は堅固で信頼性がある。化学ニッケルニッケルの不均一な配線のために、「酸化ニッケル」ブラック・パッドを生じることは避けられないです。同時に、Au 3 Sn 4 IMCは溶接プロセス中に形成され、金とリンの浸透により、はんだ接合部は脆く、長期使用中に信頼性が低下する。OSP結合はCu 6 Sn 5 IMCを形成し、他の金属（Au、Ag）からの汚染はない。彼らは良い強さと信頼性を持っています。銀含浸はんだ継手はcu 6 snimcを形成し，良好な強度を有するが，老化には耐性がない。銀含浸はんだ接合は、微小空隙を形成することができる。錫浸漬はんだ接合の縁部にはCu 6 Sn 5が形成されているが、錫浸漬層は底部銅によって徐々に吸収され、IMCとなる。外観は明るい白から灰色の白に変わります。Ni - Auめっきにおいては、はんだ接合の品質は、金の侵入によって徐々に影響されるが、そのためには、リンやブラックパッドが少なく、はんだ接合の強度が高い。したがって，pcb表面における被覆の選択ははんだ接合の品質に影響し，電子製品の使用効果を含む。このため，信頼性の高い製品設計では，pcbの表面被覆が熱風平準化やospにとって好ましい。

2結論

（1）pcbの信頼性は，ポストインストール品質，デバッグ品質，使用品質の三つの側面から特徴付けることができる。2）設置品質は材料選定と工程管理を含む。デバッグ品質は、PCB基本要素の精度管理に密接に関連している。4）使用の質は環境や表面塗装の選択に関連する。