SMTP処理中にBGAパッド下のPCB樹脂材料が割れる理由

PCB樹脂材料のクラックは、封じ込められた水分の存在によって発生する。この原因は、はんだ付け温度が高いために蒸気圧が上昇することです。また、基板の熱膨張によってBGAパッド間の間隔が変化することでもクラックが発生することがあります。この種の障害のリスクを軽減するには、代替パッド仕上げを使用することで、隣接するパッケージへの熱影響を軽減することができます。

水分の巻き込みがプリント基板樹脂材料のクラックを引き起こす

こもった水分は、層間剥離、ブリスター、メタルマイグレーションなど、プリント基板のさまざまな故障の原因となります。また、誘電率や誘電正接を変化させ、回路のスイッチング速度を低下させます。湿気はまた、銅やBGAパッドを含む様々なPCB機能のストレスレベルを増加させます。また、銅表面の酸化につながり、仕上げの濡れ性を低下させます。さらに、電気的なショートやオープンの発生を増加させます。PCB製造には水を使用する工程が多いため、これは特に問題となります。

SMT加工中、巻き込まれた水分がPCB樹脂材料にクラックを発生させることがある。このため、PCBメーカーはソルダーマスクの開口部のサイズに注意を払う必要がある。そのサイズは、希望するランド面積よりも小さくする必要があります。SMDのパッド面積が大きすぎると、はんだボールを配線するのが難しくなります。

リフローはんだ付け温度による蒸気圧の上昇

BGAはんだ付け時のパッケージ反りには、さまざまな要因が影響します。これには、優先加熱、影の効果、反射率の高い表面などがあります。幸いなことに、強制対流リフロープロセスはこれらの影響を軽減することができます。

リフロー温度が高いと、はんだバンプの劣化につながります。温度の上昇は、はんだ接合部の高さの減少につながり、その結果、はんだバンプの元の高さよりも小さいはんだスタンドオフとなる可能性があります。

取り付けパッドの形状も、はんだ接合部の堅牢性を決定する重要な要素である。小さいパッドよりも大きくて幅の広いパッドを使用することをお勧めします。面積が大きくなると、クラックが発生する可能性が高まります。

粘着性フラックスにより、隣接パッケージへの熱影響を低減

タッキーフラックスは、チップスケールやフリップチップパッケージの組み立て時に使用される熱硬化性材料です。その組成は反応性化学物質で構成され、リフロー加熱中にアンダーフィル材に可溶化します。硬化後、タッキーフラックスは最終パッケージのネットワーク構造の一部となります。

化学的な湿潤剤であるフラックスは、溶融はんだの表面張力を低下させ、はんだがより自由に流れるようにすることで、はんだ付けプロセスを容易にします。浸漬、印刷、ピン転写などの方法がある。多くの場合、エポキシアンダーフィルと互換性があります。これにより、smt処理中に隣接するパッケージの熱影響を軽減することができます。

粘着性フラックスを使用することで、はんだ付けの際に隣接するパッケージへの熱影響が軽減される。しかし、この方法には限界がある。フラックスが故障する原因はいくつかあります。フラックス中の不純物ははんだ付けプロセスを妨害し、はんだ接合部を弱くします。さらに、はんだ付けの前にはんだペーストを適切に洗浄するには、高価な装置が必要になります。

代替パッド仕上げ

PCBのクラック伝播挙動は、使用されるパッド仕上げによって影響を受ける可能性がある。この問題を解決するために、さまざまな方法が開発されてきました。そのひとつが、有機はんだ防錆剤の使用です。この防腐剤はパッドの酸化に対して効果的です。さらに、はんだ接合部の品質維持にも役立ちます。

パッド形状は基板の剛性を決定する。また、ソルダーマスクの開口部も定義します。基板の厚さと各層を形成するために使用される材料は、基板の剛性に影響します。一般的に、パッドとデバイスの比率は1：1が最適です。

プリント基板樹脂材料のクラックを評価する試験方法

SMTP処理中のPCB樹脂材料の性能を評価するために、さまざまな試験方法が利用できる。これには、電気的特性評価、非破壊法、物理的特性試験などが含まれる。場合によっては、これらの試験を組み合わせてパッドのクレータリングを検出することもある。

クラックを特定する試験方法の一つは、ピン間の距離を測定することである。通常、ペリフェラルパッケージでは0.004インチ、BGAパッケージでは0.008インチが許容範囲である。PCB樹脂材料の特性を調べるもう一つの試験方法は、熱膨張係数を測定することである。この係数はppm/摂氏温度で表される。

もう一つの方法はフリップチップ技術である。このプロセスは、高密度フリップチップBGA基板の製造を可能にする。高度なICパッケージングに広く使用されています。フリップチッププロセスでは、はんだ付け性のために、均一で不純物のない高品質な仕上げが要求されます。これらは通常、銅パッド上の無電解ニッケルめっきと薄い無電解金めっき層によって達成されます。ENIG層の厚さはPCBアセンブリの寿命によって異なりますが、通常、ニッケルは約5μm、金は0.05μmです。

マイクロコントローラ対マイクロプロセッサ

マイクロコントローラーとマイクロプロセッサーは、2種類のコンピューターチップである。前者は半導体技術を使用し、さまざまな用途に適しており、後者はより強力で1秒間に数百万の命令を実行できる。どちらにも長所と短所がある。マイクロコントローラーは安価で、必要なメモリーや演算能力が少ない。

マイクロコントローラは低消費電力アプリケーションに適している

マイクロコントローラーは消費電力が低く、マイクロプロセッサーよりも低消費電力アプリケーションに適している。これは、最近のマイクロコントローラーが複数の低消費電力モードを持っているためです。一方、マイクロプロセッサは、低消費電力動作に最適化されていない可能性のある外部ハードウェアを必要とします。マイクロコントローラーの内部ペリフェラルは、特定のモードで動作し、消費電力が最小限になるように最適化されています。

マイクロコントローラーは、デジタル・シグナル・プロセッサーとして使用されることが多い。入力されるアナログ信号にノイズが多く、標準的なデジタル値に変換できないようなアプリケーションで使用される。ノイズの多いアナログ信号をデジタル信号に変換できるため、さまざまなセンサーやその他の機器のセンサーとして機能する。事務機、ATM、セキュリティ・システムなどでよく見られる。

より少ない計算能力を必要とする

マイクロコントローラーはマイクロプロセッサーよりも小さく、必要な演算能力も小さい。多くの電力を必要とせず、さまざまなタスクをこなすことができるため、組み込みシステムで使用される。対照的に、マイクロプロセッサーはより強力ですが、通常、大量の外部電力を必要とします。そのため、マイクロコントローラーの価格はマイクロプロセッサーよりも低い傾向にあります。

マイクロプロセッサーは通常、大規模で複雑なシステムに使用され、より大きな処理能力を必要とする。マイクロコントローラーはより小型で、特定のあらかじめ定義されたタスクを持っている。メモリ容量も限られている。マイクロコントローラーは、温度センサー、光センサー、その他の産業用アプリケーションによく使用されます。

マイクロプロセッサーより安い

マイクロプロセッサーはマイクロコントローラーよりも複雑なので、一般に、大容量のメモリーやその他の周辺機器を必要とするハイエンド・システムに適している。また、ハードウェア浮動小数点、大容量キャッシュメモリ、高速CPUなど多くの機能を備え、内部がより複雑になる傾向がある。マイクロコントローラーは安価ですが、一般的に入手が容易です。

マイクロコントローラーは、より小型の機器に使用されることが多く、マイクロプロセッサーよりも安価である。組み込みシステムにも使用でき、専用の電源を必要としない。マイクロプロセッサーに比べ、マイクロコントローラーは電池1本で数ヶ月間動作させることができます。

処理能力が低い

マイクロコントローラーは、マイクロプロセッサーよりも安価な小型プロセッサーである。ゲームや複雑なホームセキュリティなど、さまざまな用途に使用される。マイクロプロセッサとは異なり、独自の内部メモリを持ちません。そのため、外部メモリーを使用してデータや操作を保存することができる。また、総消費電力が低いため、蓄えた電力で動作する機器に適しています。マイクロコントローラーには、電力を節約するための省電力モードもあります。

マイクロコントローラとマイクロプロセッサの違いは、その内部処理能力にある。マイクロプロセッサは大容量のメモリを搭載しており、512 MBが一般的です。マイクロコントローラーは比較的少量のメモリーで、32KBから2MBです。マイクロコントローラーはそれほど多くのメモリーを持たないため、マイクロプロセッサーほどエネルギーを消費しません。

PCB設計のエラーを減らし、効率を上げる方法

プリント基板の設計ミスを減らすためには、適切な設計ツールを使用することが重要です。回路図シミュレータのようなシミュレーション・ツールを使えば、設計ミスを減らすことができます。また、ミスがないことを確認するために、2人目の設計者にチェックしてもらうのもよい方法です。

模式図シミュレーション

回路図シミュレーションは、エンジニアが回路基板全体を一度にシミュレーションできるプロセスです。これにより、設計プロセスの時間を大幅に節約し、基板の品質を向上させ、効率を高めることができます。シミュレーションにより、エンジニアは部品の値や刺激を微調整することで設計を変更できます。これにより、コストのかかる設計ミスを回避し、完璧な設計の可能性を高めることができます。

最新のEDAソフトウェアパッケージには、回路図のキャプチャとシミュレーションを容易にするツールが付属しています。これらのツールを理解することで、PCB設計のコストを削減することができます。これらのパッケージの中には、様々なシミュレーションパッケージと互換性のあるネットリストを出力できるものもあります。ネットリストは、回路図上のシンボル間の接続を記述するのに便利です。

回路図シミュレーションのもう一つの重要な機能は、信号の接続をチェックすることである。回路図シミュレーションのプロセスには、テストベンチを作成し、ノードにプローブを接続して電圧や波形を測定することが含まれます。信号が正しく接続されていない場合、シミュレーション・プロセスは自動的にノード間の接続をチェックします。

2人目のデザイナーにデザインを見てもらう

2人目の設計者が設計をレビューすることで、プリント基板の設計ミスの可能性を減らすことができます。設計者は特定の目的に集中する傾向があり、納期に追われて仕事をすることが多いため、設計上の欠陥を見逃しがちです。別の設計者であれば、こうした欠陥を発見し、必要な変更を加えることができます。レビュアーはまた、製造工程を遅らせる可能性のある文書の欠落を特定することもできます。

デザインレビューはPCB開発プロセスの重要な部分です。これらのレビューの目的は、PCB設計が機能的であり、プロジェクトの仕様を満たしていることを確認することです。また、回路の相互接続もチェックします。ピアレビューは、設計者が見落としたかもしれないミスを検出するのにも役立ちます。

加工ミスの回避

設計プロセスでは、製造エラーを避けるために考慮すべきいくつかの要因があります。環境問題、PCBレイアウト、最終製品の条件などです。これらの要素を念頭に置いておかないと、製造できない基板ができたり、やり直しを余儀なくされたりする危険性があり、より多くの費用と時間がかかります。

PCB設計のプロセスは複雑で、ミスは完成品に悪影響を及ぼしかねません。以下に、PCBを設計する際に避けるべき5つの一般的な間違いを示します。これらのヒントに従わないと、効果のないプロトタイプとなり、市場投入までの時間が長くなります。幸いなことに、設計プロトタイピング、レビュープロセス、サプライヤーとのコラボレーションなど、これらのミスを避ける方法はたくさんあります。

PCBの設計には技術力と精度が要求されます。小さなレイアウトであっても、ユニークな課題が生じることがあります。最新のツールとテクニックは、エンジニアがありがちなミスを避け、最高の品質を確保するのに役立ちます。

設計ツールを使ってプリント基板の設計ミスを減らす

PCB設計の効率を向上させ、エラーを減らすことができる様々な設計ツールがあります。高度なレイアウト・配線ツールは、設計ミスを回避するのに役立ちます。また、複雑なインターフェースのルートを最適化することもできます。これらのツールは、不要な繰り返しを回避し、生産性を向上させるのにも役立ちます。

PCB設計エラーを減らすもう一つの方法は、コラボレーションツールを使用することです。これらのソフトウェアアプリケーションを使用することで、チームメンバーや外部の関係者とコラボレーションすることができます。サプライヤーとの接続、購入した材料のモニター、顧客とのコミュニケーションにも役立ちます。また、異なるチームメンバーがリアルタイムで設計データを閲覧、分析できるため、よりスマートな意思決定が可能になり、ミスを減らすことができます。

PCBレイアウトツールは、プリント回路基板の作成、検証、文書化を自動化するためのプログラムです。これらのソフトウェア・アプリケーションを使用すると、ボードのアウトラインを定義し、デカール・ライブラリからフットプリントを追加し、ネットリストをインポートし、回路を配線し、設計エラーをチェックすることができます。これらのツールでは、プロトタイプを作成し、さまざまなテスト手順を実行することもできます。

PCBレイアウト時のデカップリングコンデンサの配置と取り付け方法

デカップリング・コンデンサは、回路内の高周波ノイズや電磁干渉を低減するために使用される部品である。また、ICに電力を供給することもできる。この記事では、これらのコンデンサの配置ガイドラインについて説明する。これらのガイドラインに従うことで、より低コストで製造ミスのリスクを抑えた回路設計が可能になる。

電源信号の高周波ノイズを低減

電源におけるノイズは、デバイスの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。この不要なエネルギーは、多くの場合、高周波電力変換スイッチング回路によって発生します。ノイズはまた、ワイヤやPCBトレースから放射されることもある。電源のノイズを最小限に抑えるには、いくつかの方法があります。ここでは、3つの一般的な対策を紹介する。

まず、ノイズの発生源を特定する。このノイズは、スイッチング周波数ノイズやスイッチング遷移後のリンギングなど、さまざまなソースから発生する可能性があります。また、システム内の複数のスイッチング・レギュレータがノイズの原因となることもあります。この種のノイズは、信号解析技術によって低減することができます。

ケーブルのシールドに加え、輻射ノイズを低減するためにエンクロージャやフィルタを使用する。開口部が1/4波長以下のエンクロージャは、ノイズの大部分を低減することができます。データ収集ユニットを使用する場合は、機器から放射されるノイズを最小限に抑えるように筐体が設計されていることを確認してください。

電磁干渉を低減

デカップリング・コンデンサは、迷走電磁波による干渉を防ぐために回路基板に使用される。PCBレイアウトでは、コンデンサは電源プレーンとグランドプレーンに設置される。このように分離することで、電磁両立性の問題の原因となる並列キャパシタンスを防ぎます。さらに、コンデンサーPCBは均一な分布と高い周波数応答を持っています。最良の結果を得るためには、これらの部品は電源プレーンとグランドプレーンの近くに配置すべきである。大電力と高速信号を生成する回路はグランドプレーンの近くに配置し、低電力と低周波信号を生成する回路は表面または電源プレーンの近くに敷設する必要があります。

PCBレイアウトにデカップリングコンデンサを取り付ける際は、干渉源にできるだけ近い、値の大きいコンデンサを選ぶようにしてください。また、入力信号用のコネクタの近くに配置する必要があります。これらのコンデンサはトレースと直列に配置するのが理想的です。回路のデカップリング容量合計の少なくとも10倍以上のコンデンサを選択することを推奨する。

ICに電力を供給できる

電源ピンは、ICに電圧と電流を供給するための端子である。通常、ICには2つの電源ピンがある。これらのピンは回路の電源レールに接続されている。ピンのラベルは、ICのメーカーやファミリによって異なります。

デカップリングコンデンサの配置ガイドライン

PCBレイアウトを設計する際、デカップリング・コンデンサの配置は、基板のパワー・インテグリティとシグナル・インテグリティを確保するための重要なステップです。適切な配置ガイドラインに従うことで、コンデンサを最適な位置に配置することができます。これらのガイドラインは、コンポーネントのデータシートに記載されています。

PCBレイアウトでは、デカップリング・コンデンサは通常、デジタル・グラウンドと同じ層に配置される。また、デカップリングコンデンサは2つの別々のPCBグランド間に接続されることもある。デカップリングコンデンサは、プレーン内のスムーズな電流の流れを確保するために、部品ピンの近くに配置する必要がある。デカップリングコンデンサを設計する際は、可能な限り公称静電容量を大きくすることを推奨する。

上記の配置ガイドラインに従うことに加え、デカップリングコンデンサは部品の電圧ピンのできるだけ近くに配置す るべきである。これは、全体的な接続インダクタンスを低減し、高周波フィルタリングを改善するのに役立ちます。

リフローはんだ付けとウェーブはんだ付けとは？

リフローはんだ付けは、リフロー炉を使ってはんだペーストを部品のパッド上に溶かすプロセスです。表面実装部品には効果的で、はんだが溶けると自然にまっすぐになる。しかし、この方法は時間がかかり、コストも高い。

リフローはんだ付けの問題点

ウェーブはんだ付けは、リフローはんだ付けよりも高速なはんだ付けプロセスです。リフローはんだ付けは、THTまたはDIP部品を使用した混合アセンブリPCBに最適です。しかし、ウェーブはんだ付けは、はんだがソルダーマスクの堰を越えて流れるとブリッジが発生する可能性があります。また、リフローはんだ付けの温度は長時間高くなるため、基板の温度特性が重要になります。

リフローはんだ付けでは、4段階のはんだ付けプロセスを使用し、各ステージでアセンブリに十分な熱を伝えることに重点を置いています。重要なのは、アセンブリを過熱して部品やプリント基板を損傷しないようにすることである。そうしないと、部品が割れたり、はんだボールが発生したりする可能性があります。

リフローはんだ付けでは、使用前に清浄なプリント基板が必要です。ウェーブはんだ付けでは、はんだ付けの前に溶剤または脱イオン水を使用してPCBを洗浄する。しかし、ウェーブはんだ付けには、さまざまなPCBアプリケーションにとって理想的でない特定の問題があります。

ウェーブはんだ付けは、より速く、より信頼性の高いはんだ接合ができる。しかし、リフローはんだ付けよりも複雑です。その複雑さゆえに、工程を綿密に監視する必要があり、基板設計上の欠陥が発生しやすい。しかし、利点もある。

ウェーブはんだ付けは、リフローはんだ付けよりも安価である。より速く、より環境に優しいが、はんだ付けプロセス中に基板を綿密に検査する必要がある。ウェーブはんだ付けは最も環境に優しい選択肢ですが、リフローはんだ付けは迅速な大量生産には適していません。

時間のかかるプロセス

リフローはんだ付けとウェーブはんだ付けには多くの違いがあり、PCBアセンブリーサービスを調達する際、どちらの方法を使うべきか判断するのは難しいかもしれません。ほとんどの場合、その選択は組立工程と必要なはんだ付けの量に依存します。これら2つのプロセスは非常によく似ていますが、それぞれ長所と短所があります。例えば、リフローはんだ付けプロセスはより速く、より費用対効果が高いのに対して、ウェーブはんだ付けプロセスはより多くの時間と労力を必要とします。

リフローはんだ付けもウェーブはんだ付けも、容器ごと溶融はんだを使用して部品をプリント基板に接着する方法である。はんだ付けプロセスでは、錫バーが非常に高温に加熱されます。このとき、溶融スズは液化する。その後、ポンプで汲み上げられ、はんだのうねりが発生する。プリント基板が波の上を通過するとき、部品が基板にはんだ付けされる。

リフローはんだ付けは、電子部品を組み立てるための一般的なプロセスである。その利点は、接着剤を必要とせず、部品を所定の位置に固定できることである。ウェーブはんだ付けとは異なり、リフローはんだ付けはより安価で、より正確です。

ウェーブはんだ付けは、リフローはんだ付けよりも難しく時間がかかり、綿密な検査が必要である。また、リフローはんだ付けよりも環境にやさしくない。ただし、大量の電子部品を組み立てる場合は、ウェーブはんだ付けの方が適している。

コスト

ウェーブはんだ付けとリフローはんだ付けは、電気的接続に使用できる2つのプロセスである。この2つのプロセスは、主に電子部品間のはんだ接合を行うために電子産業で使用されている。しかし、どちらも高度な専門知識を必要とし、コストもかかります。プロセスが適切に行われ、電子部品に損傷を与えないことを確認するために、専門家はリフローはんだ付けに関する一連のガイドラインに従うべきである。

電気的な接続に関しては、リフローはんだ付けはウェーブはんだ付けよりも良い選択肢です。ウェーブはんだ付けはより複雑で、慎重な取り扱いが要求される。リフローはんだ付けは、混合アセンブリに適した選択肢です。このタイプのはんだ付けでは、基板を高温に加熱する。プロセスも速いが、部品はプロセス中に固定される。

リフローはんだ付けとウェーブはんだ付けの両方で、プリント基板を洗浄する必要があります。ウェーブはんだ付けでは、プリント基板は脱イオン水または溶剤で洗浄される。リフローでは、はんだブリッジが形成される可能性があります。リフローとウェーブはんだ付けはどちらもコストがかかりますが、どちらのプロセスでも高品質の電子部品を作ることができます。

リフローはんだ付けには、特別に制御された環境が必要です。ウェーブはんだ付けはより複雑で、基板がはんだウェーブの中で過ごす温度と時間の長さを正確に監視する必要があります。このプロセスは、プリント回路基板などの大量生産用途でよく使用される。