高周波設計におけるアースの扱い方

高周波設計におけるアースの扱い方

High frequency designs need to address the issue of grounding. There are several issues that need to be addressed when it comes to grounding. These include the impedance of grounding conductors and grounding bonds, DC path dominating low-frequency signals, and single-point grounding.

Impedance of grounding conductors

The grounding electrode of a typical grounded electrical system is in parallel with the ground rods located on the line side of the service, transformers, and poles. The rod under test is connected to the grounding electrode. The equivalent resistance of the line side ground rods is negligible.

A single-point grounding method is acceptable for frequencies below one MHz, but it is less desirable for high frequencies. A single-point grounding lead will raise the ground impedance due to wire inductance and track capacitance, while stray capacitance will create unintended ground return paths. For high-frequency circuits, multipoint grounding is necessary. However, this method creates ground loops that are susceptible to magnetic field induction. Therefore, it is important to avoid using hybrid ground loops, especially if the circuit will contain sensitive components.

Ground noise can be a major problem in high frequency circuits, especially when the circuits draw large varying currents from the supply. This current flows in the common-ground return and causes error voltage, or DV. This varies with the frequency of the circuit.

Impedance of bonding conductors

Ideally, the resistance of bonding conductors should be less than one milli-ohm. However, at higher frequencies, the behavior of a bonding conductor is more complex. It can exhibit parasitic effects and residual capacitance in parallel. In this case, the bonding conductor becomes a parallel resonant circuit. It can also exhibit high resistance due to the skin effect, which is the flow of current through the outer surface of the conductor.

A typical example of a conducted interference coupling is a motor or switching circuit fed into a microprocessor with an earth return. In this situation, the earthing conductor’s impedance is higher than its operating frequency, and it is likely to cause the circuit to resonant. Because of this, bonding conductors are typically bonded at multiple points, with different bonding lengths.

DC path dominating for low-frequency signals

It is widely assumed that DC path dominating for low-frequency signals is easier to implement than high-frequency circuits. However, this method has several limitations, especially in integrated implementations. These limitations include flicker noise, DC current offsets, and large time constants. Moreover, these designs usually use large resistors and capacitors, which can produce large thermal noise.

In general, the return current of high-frequency signals will follow the path of least loop area and least inductance. This means that the majority of the signal current returns on the plane via a narrow path directly below the signal trace.

Single-point grounding

Single-point grounding is an essential element in protecting communications sites from lightning. In addition to effective bonding, this technique offers structural lightning protection. It has been extensively tested in lightning-prone areas and has proven to be an effective method. However, single-point grounding isn’t the only consideration.

If the power level difference between the circuits is large, it may not be practical to use series single-point grounding. The resulting large return current can interfere with low-power circuits. If the power level difference is low, a parallel single-point grounding scheme can be used. However, this method has many disadvantages. In addition to being inefficient, single-point grounding requires a larger amount of grounding, and it also increases the ground impedance.

Single-point grounding systems are generally used in lower frequency designs. However, if the circuits are operated at high frequencies, a multipoint grounding system can be a good choice. The ground plane of a high-frequency circuit should be shared by two or more circuits. This will reduce the chances of magnetic loops.

Power interference

Power interferences can degrade the performance of a circuit and can even cause serious signal integrity problems. Hence, it is imperative to deal with power interferences in high frequency design. Fortunately, there are methods for dealing with these problems. The following tips will help you reduce the amount of power interference in your high frequency designs.

First, understand how electromagnetic interferences occur. There are two main types of interference: continuous and impulse. Continuous interference arises from man-made and natural sources. Both types of interference are characterized by a coupling mechanism and a response. Impulse noise, on the other hand, occurs intermittently and within a short time.

無電解錫めっきPCBパッドにおけるはんだ付け不良の故障解析

無電解錫めっきPCBパッドにおけるはんだ付け不良の故障解析

Soldering defects are a common cause of PCB failure. There are several different types of defects that can lead to PCB failure. The article below explores three types of defects: Wetting, Plating through hole barrel cracking, and Liquid fluxes.

Wetting defects

Exposure to environmental factors during the manufacturing process can affect the wetting ability of immersion tin pcb pads. This can reduce assembly yield and second level reliability. Therefore, it is important to avoid or correct poor wetting defects. This research explored the effects of different temperature conditions on the wetting ability of these pads.

Immersion tin pads exhibit a variety of defects that can cause the assembly process to fail. Unlike dewetting, which is a defect in which the soldering joint is not formed, wetting defects occur when the molten solder does not adhere to the wettable surface of the PCB pads or components. This can result in holes or voids in the solder joints.

Non-wetting defects can also cause serious structural issues. In addition, they may result in poor electrical conductivity, loose components, and poor PCB pad performance.

Plating through hole barrel cracking

This study evaluated the reliability of immersion tin pcb pads through a failure analysis of soldering defects. To do this, we studied the behavior of the intermetallics inside solder joints by SEM. We compared the results of the aged and non-aged assemblies to understand how the intermetallics affect joint reliability.

The results of the investigation show that the electroless nickel coating on immersion tin PCB pads is characterized by deep crevasses and fissures. These open boundaries are attributed to the corrosive environment generated during ENIG plating. This problem can be solved by introducing a nickel controller into the plating process. This countermeasure helps to maintain good wettability in the pad and prevent oxidation.

Liquid fluxes

This failure analysis of soldering defects also includes the analysis of the flux used in the process. The use of different liquid fluxes in the reflow process may lead to different results. One method used for analyzing the effects of flux on soldering defects on immersion tin PCB pads is to assemble the flip-chip assemblies with readout chips on the bottom.

PCB基板の銅めっき発泡の5大原因

PCB基板の銅めっき発泡の5大原因

PCB基板の銅メッキに発泡が発生する原因は数多くあります。油やほこりの汚染が原因のものもあれば、銅を沈める工程が原因のものもあります。発泡は、化学溶液を必要とするため、他の場所を汚染する可能性があり、どの銅めっきプロセスでも問題となります。また、基板表面の不適切な局所処理が原因で発生することもあります。

マイクロエッチング

マイクロエッチングでは、銅析出物の活性が強すぎるため、孔漏れやブリスターが発生する。また、密着性の低下や塗膜品質の劣化にもつながります。従って、この問題を防ぐには、これらの不純物を除去することが重要である。

銅めっきを行う前に、銅基板は洗浄工程にかけられます。この洗浄工程は、表面の不純物を取り除き、表面を全体的に濡らすために不可欠です。次に、基板を酸溶液で処理し、銅の表面を整えます。続いて銅めっきが行われます。

発泡のもうひとつの原因は、酸脱脂後の不適切な洗浄である。これは、酸脱脂後の不適切な洗浄、光沢剤の調整ミス、銅シリンダーの温度不良などが原因です。そのほか、不適切な洗浄は、基板表面のわずかな酸化にもつながります。

酸化

基板上の銅箔が酸化の影響から十分に保護されていない場合、酸化によってPCB基板の銅めっきに発泡が生じます。この問題は、接着不良や表面の粗さが原因で発生することがあります。また、基板上の銅箔が薄く、基板基材との密着性が低い場合にも発生します。

マイクロエッチングは、銅沈めやパターン電気めっきで採用されるプロセスである。過度の酸化を避けるため、マイクロエッチングは慎重に行う必要がある。過度のエッチングは、オリフィス周辺に気泡を発生させる恐れがあります。酸化が不十分だと、結合不良、発泡、結合力不足につながる。マイクロエッチングは、銅析出の前に1.5~2ミクロン、パターンめっきの前に0.3~1ミクロンの深さで行う必要がある。化学分析によって、必要な深さが達成されていることを確認することができます。

基板加工

PCB 基板の銅メッキ上の発泡は、基板処理の不良が原因となる主要な品質欠陥です。この問題は、基板表面の銅箔が接着不良のために化学銅と密着できない場合に発生します。そのため、基板表面の銅箔にふくれが生じます。その結果、色むらや黒や茶色の酸化が生じます。

銅めっきの工程では、重量のある銅調整剤を使用する必要がある。このような化学液剤は、基板のクロスコンタミネーションを引き起こし、処理効果が悪くなります。これに加えて、基板表面に凹凸ができたり、基板とPCBAアセンブリの接合力が低下したりします。

微小侵食

PCB基板の銅メッキ上の発泡は、2つの大きな要因によって引き起こされる可能性がある。一つ目は不適切な銅めっきプロセスです。銅メッキ工程では、多くの化学薬品や有機溶剤を使用します。銅めっきの処理工程は複雑で、めっき水に含まれる化学物質や油分は有害です。それらは二次汚染、不均一な欠陥、結合の問題を引き起こす可能性があります。銅めっき処理に使用する水は管理され、良質なものでなければなりません。もうひとつ重要なことは、銅めっきの温度です。これは洗浄効果に大きく影響します。

銅板に水と酸素が溶け込むと、微小侵食が起こります。溶解した水と水中の酸素が酸化反応を引き起こし、水酸化第一鉄と呼ばれる化合物を形成します。この酸化プロセスにより、基板の銅メッキから電子が放出されます。

カソード極性の欠如

PCB基板の銅メッキ上の発泡は、一般的な品質欠陥である。PCB基板の製造工程は複雑で、慎重な工程管理が要求される。この工程では、化学的な湿式処理とめっきが行われるため、発泡の原因と影響を注意深く分析する必要があります。この記事では、銅板の発泡の原因とその対策について説明します。

カソード電流密度を決定するため、めっき液のpHレベルも極めて重要である。この要因は、皮膜の析出速度と品質に影響する。pHが低いめっき液は効率が高く、高いpHは効率が低くなる。

高品質PCBめっき穴の4つの主要工程

高品質PCBめっき穴の4つの主要工程

プリント基板(PCB)はあらゆる電気機器の心臓部であり、プレイスルーホールの品質は最終製品に直接影響する。適切な品質管理がなされなければ、基板は期待された規格に適合せず、廃棄せざるを得なくなる可能性もあり、多額の費用がかかります。そのため、高品質のPCB加工設備が不可欠なのです。

ソルダーレジスト

PCBめっきスルーホールは様々な用途に使用されています。導電性があり、非メッキのスルーホールよりも抵抗が低い。また、機械的にも安定しています。PCBは一般的に両面多層基板であり、めっきスルーホールは部品を基板の対応する層に接続するために不可欠です。

メッキスルーホールは迅速なプロトタイピングを可能にし、部品のはんだ付けを容易にする。また、回路基板をブレッドボード化することも可能です。また、優れた接続と高い電力公差を提供します。これらの特長により、PCBめっきスルーホールはあらゆるビジネスにとって重要な部品となっています。

高品質のPCBめっきスルーホールを製造するための最初の工程は、基板を組み立てることです。その後、めっきスルーホール部品をPCBに追加し、フレームに収めます。これには高度な技術を持ったエンジニアが必要です。この段階では、厳しい基準に従わなければならない。その後、手作業による検査やX線検査で精度をチェックします。

メッキ

メッキのスルーホールは、あなたのビジネスにとって大きな成功をもたらしますが、デザインの妨げになることもあります。幸いなことに、これらの問題には解決策があります。問題の一つは、基板が他の部品と適切に接続できないことです。また、油や接着剤の汚れで穴が取れにくくなったり、水ぶくれができたりすることもあります。幸い、適切な穴あけとプレス技術に従うことで、これらの問題を回避することができます。

PCB上のスルーホールにはいくつかの種類があります。非メッキ・スルーホールは、穴の壁に銅がないため、同じ電気的特性を持たない。非メッキ・スルーホールは、プリント回路に銅のトレースが1層しかなかったころは人気があったが、基板の層数が増えるにつれて使われなくなった。今日、非メッキスルーホールは、ツーリングホールや部品取り付け穴としてよく使われている。

ルーティング

PCBと電子製品の着実な成長に伴い、PCBめっきスルーホールのニーズも高まっています。この技術は、部品実装の問題を解決する非常に実用的なソリューションです。高品質な基板を素早く簡単に製造することができます。

銅でできている非メッキのスルーホールとは異なり、メッキのスルーホールには銅メッキの壁やバレルはありません。そのため、電気的特性には影響がない。プリント回路基板の銅層が1層しかなかった時代には人気があったが、プリント回路基板の層が増えるにつれて人気が低下した。しかし、一部のプリント基板では、部品やツールの取り付けに役立っている。

PCBめっきスルーホールの製造工程は、穴あけから始まる。スルーホールPCBを作るには、ドリルビットボックスを使用する。ビットはタングステンカーバイドで、非常に硬い。ドリルビットボックスには様々なドリルビットが入っている。

プロッタープリンターの使用

PCBは通常、多層で両面であり、メッキスルーホールはこれらを作成する一般的な方法である。めっきスルーホールは導電性と機械的安定性を提供する。このタイプの穴は、ツーリングホールや部品の取り付け穴としてよく使用されます。

メッキ・スルーホールを作る場合、ドリルで穴を開け、銅箔を組み立てる。これは「レイアップ」とも呼ばれます。レイアップは製造工程における重要なステップであり、この作業には精密な工具が必要です。

PCBを外から観察する方法

PCBを外から観察する方法

プリント基板を外側から観察することで、外層の欠陥を容易に発見することができます。また、基板を外側から見ると、部品間のギャップが十分でないことの影響も見つけやすい。

プリント基板を外側から観察することで、外層の欠陥を簡単に特定できる。

PCBを外側から観察することで、回路基板の外層の欠陥を見つけることができる。これらの欠陥を特定するのは、内部で見つけるよりも簡単です。PCBは通常緑色をしており、銅のトレースとソルダーレジストがあるため、簡単に見分けることができます。PCBのサイズによって、外層にはさまざまな欠陥があります。

X線検査装置を使えば、こうした問題を克服できる。材料は原子量に応じてX線を吸収するので、それらを区別することができる。はんだのような重い元素は、軽い元素よりも多くのX線を吸収する。このため、外層の欠陥は容易に識別できるが、軽い元素でできた欠陥は肉眼では見えない。

PCBを外側から観察することで、他の方法では見えないかもしれない欠陥を特定することができます。そのような欠陥のひとつは、銅や配線の欠落です。もう一つの欠陥は、ヘアライン・ショートです。これは、設計が非常に複雑であることが原因です。これらの欠陥がPCBを組み立てる前に修正されないと、重大なエラーを引き起こす可能性があります。これらのエラーを修正する一つの方法は、銅接続とそのパッド間のクリアランスを大きくすることです。

導体トレースの幅もPCBの機能において重要な役割を果たします。信号の流れが大きくなると、PCBは膨大な量の熱を発生します。これが、トレース幅をモニターすることが重要な理由です。導体の幅を適切に保つことで、過熱や基板の損傷を防ぐことができます。