高電流用途における信頼性確保：高銅PCBの品質管理ステップ

重銅PCBは,2oz (70μm) 以上の銅厚さで定義される.電動車 (EV) インバーターから産業用モーターコントローラまで,高性能電子機器の骨組みです.標準PCBとは異なり (≤1オンス銅)厳格な品質管理 (QC) が交渉不可である. 設計者は,これらのデザインを設計する際には,単一の欠陥 (銅の厚度が不均等か 層が薄くなった場合) は過熱を引き起こす可能性がありますこのガイドでは,重銅PCBの品質管理の基本手順を,原材料の検査から最終的な信頼性試験まで,高功率アプリケーションの要求に応えるようにする.

主要 な 教訓
1重銅型PCBは標準PCBよりも3倍5倍厳しいQCを必要とし,銅厚さの許容量は ± 5%まで狭い.
2重銅PCBの重要な欠陥には,不均等なエッチング (電流ホットスポットを発生させる),デラミナレーション (熱伝導性を低下させる),溶接接接頭の空白 (機械的強度低下) が含まれる.
3.QCのステップは製造プロセス全体に及ぶ:原材料の試験,プロセス中の検査 (エッチング,ラミネーション),最終検証 (熱循環,電流容量).
4自動検査 (AOI,X線) は重銅PCBの欠陥の99%を検知し,手動検査では85%と比べて,フィールドの失敗率を60%削減します.

重銅 の PCB は 何 で ユニーク です か
重銅PCBは 50A以上の電流を運ぶように設計されており,抵抗と熱蓄積を最小限にするためにより厚い銅の痕跡 (220oz) を要求します.この厚さは 独特の製造課題を生み出します:

厚い銅は,より長いエッチング時間を必要とし,不均一な痕跡幅の危険性が高まります.
厚い銅層は基板により多くの力を及ぼし,デラミナレーションの危険性を高めます.
c.熱管理:銅の高熱伝導性 (401 W/m·K) は均質な厚さに依存します.10%の変動でもホットスポットが生成できます.

これらの課題は,効率と安全性を確保するために,QCの標的を絞ったステップを 極めて重要です.

重銅PCBの品質管理手順
重銅PCBの品質管理は 多段階のプロセスで,欠陥を早期に検出するために,重要な製造ステップのすべてでチェックされます.
1原材料の検査
信頼性の高い重銅PCBの基礎は高品質の原材料です.QCは以下から始まります:

a. 銅製紙の認証:
銅の純度 (≥99.9%) と厚さ均一性 (± 5%の許容度) を確認する.低純度 (≤99.5%) の銅は耐性を高め,過熱を引き起こす.
光学顕微鏡を用いて表面の欠陥 (擦り傷,酸化) を確認します.微小な欠陥でさえ,痕跡の整合性を弱める可能性があります.
(b) 基板試験:
重銅PCBは熱圧に耐えるために高Tg基板 (Tg≥170°C) を必要とする.IPC-4101ごとに基板厚さ (±10μm) と介電強度 (≥20kV/mm) を試験する.
高功率設計の場合,熱伝導性を確認する (例えば,高Tg FR4 に対して 0.5 W/m·K,金属コア基板 に対して 1.0 W/m·K).
c.粘着剤の検証:
基板に銅を結合するために使用される粘着剤は180°C+の温度に耐える必要があります.熱循環下で層が結合し続けることを確認するために,皮の強度 (≥1.5 N/mm) をテストします.

2切断前の検査
鋳造前に,銅で覆われた基板は,銅の均等な分布を確保するために検査を受けます.

a.銅の厚さのマッピング:
XRFを使用して,パネル全体で銅の厚さを測定し,目標から5%以上偏った領域がないことを確認します (例えば,2オンス銅では70μm ±3.5μm).
角部に重点を置く. 角部では,銅製の製材の製造中に不均等なロールが起きることで厚さの変動が最も多い.
b.表面の準備の確認:
銅表面が適切に清掃され,次回の処理中に粘着を保証するために,マイクロエッチング (酸化物1μ2mを除去) されていることを確認する.
清潔性を確認するために水断裂試験を使用します.連続した水フィルムは油や汚染物質がないことを示します.

3. エッチングプロセス制御
厚い銅は,不均等な除去の危険性を高めます.QC ステップには以下が含まれます.

a.切断率モニタリング:
エッチレート (μm/min) をテストクーポンを使用して追跡し,一貫性を維持するためにエッチレートの濃度 (例えば,10~15%のフェリッククロリッド) を調整する. エッチレートの10%減少は5μmの過剰銅を残す可能性があります.痕跡の距離を狭め ショート・サーキットのリスク.
b.痕跡幅と均一性:
5μmの解像度を持つ自動光学検査 (AOI) を用いて,軌跡幅を測定し,設計仕様の ± 10% (例えば,50Aの軌跡では500μm ± 50μm) の範囲内にとどまるようにする.
抵抗の下の過度のエッチングをチェックし,痕跡強度を弱める.高性能アプリケーションでは,痕跡幅の20%以上の低切断は受け入れられない.
c.バーとジャグ検出:
微鏡を用いて,痕跡の縁を掘り (鋭い突出物) を検査する. 25μm以上の掘りが溶接マスクを貫通し,ショートサーキットを起こす.

4. ラミネーション品質保証
laminationは重銅層と基板を結合しますが,厚銅は,デラミナーションを引き起こすストレスを発生させます.QCステップには以下が含まれます:

a. 結合強度試験:
試料パネルに皮を剥がす試験を実施し,銅を基板から分離するために最低1.8 N/mmの力が必要である (標準PCBよりも20%高い).
超音波検査を使用して,熱伝導性を30%以上低下させる隠された脱層 (空白>0.1mm2) を検出する.
b.登録精度:
光学比較装置を使用して,層を±25μm以内に並べることを確保する.重型銅PCBでは,>50μmの誤った並べ方が,経路交差点で電流の混雑を引き起こす可能性があります.
c.樹脂流量確認:
横断顕微鏡を用いて樹脂不使用 (銅層間の樹脂不十分) を確認する.層面の> 5%の砂糖不使用は機械的強度を弱める.

5バイアとホールの品質管理
重銅PCBのビヤ (塗装された透孔) は,構造の整合性を維持しながら高電流を導く必要があります.

a.塗装厚さ:
バイアスには,高電流を処理するために最低25μmの銅層厚さ (3x標準PCB) が必要です.X線を使用して均一性を確認します.薄い点 <15μmが抵抗力を高め,ホットスポットを発生させます.
b.空白検出:
プラチング管内の空隙をX線検査で特定する. > 10% の空隙は,電流承載能力を15%低下させ,拒絶される.
c.アスペクト・レシオ・コンプライアンス:
信頼性の高い塗装のために,側面比 (深さ:直径) ≤5:1 を確保する.0.5mmバイアス (6:1比) の3mm厚のPCBは,塗装空洞のリスクが40%高い.

6溶接マスクと表面の仕上げ検査
溶接マスクは重銅の痕跡を腐食やショートサーキットから保護しますが,厚銅はマスクの適用を歪める可能性があります.

a.マスクの厚さと粘着性:
溶接マスクの厚さ (25μ50μm) をマイクロメーターで測定し,均質な覆いを確保する.薄い点 <15μmは,酸化に弱い銅を残します.
粘着性を確認するテープ試験を実施する.マスクの引き上げ >1mm2は,銅の粗度が過度に高い領域で一般的である粘着が悪いことを示唆する.
b.表面塗装の互換性:
重銅PCBでは,浸泡スチールまたはENIG (電解性ニッケル浸泡金) が好ましい仕上げです.仕上げ厚さ (例えば,浸水スチール) と浸水試験による溶接性 (IPC-TM-650 2).4.12).

7電気および信頼性の最終試験
プロセス中のチェックでも 最終テストは実世界の条件下で性能を検証します

a.継続性およびハイポット試験:
飛行探査機を使って 連続性を確認し 重い銅の痕跡に 穴が開かないようにします
高電圧システム (例えば480V産業用コントローラー) のアーチ防止に不可欠な軌跡間の隔離をチェックするために,ハイポットテスト (500V AC 1分間) を実行する.
(b) 現在の運搬能力:
温度上昇をモニターしながら,定電流 (例えば,1時間100A) を有するPCBサンプルを試験する.最大ΔT50°C (環境に対して) は許容される.より高い上昇は抵抗性ホットスポットを示す.
c.熱循環:
PCB を -40°C から 125°C まで 1000 回 暴露し,その後,デラミナ 化 や 痕跡 の 裂け込み を 検査 する.重銅 PCB は 試験 後,初期 導電性の > 95% を 維持 し なけれ ば なり ませ ん.
d. 振動と機械的ストレス:
自動車用または工業用PCBについては,MIL-STD-883Hに従って振動試験 (10時間間20G) を行う.試験後の抵抗の変化>10%は,足らない痕跡または強度を示します.

重銅 の PCB の 一般 的 な 欠陥 と その 根本 的 な 原因

重銅PCBの自動化対手検査
手動検査は重銅PCBに要求される精度に苦労し,自動化は極めて重要です:

重銅型PCBの生産における効果的な品質管理のための最良の慣行
1統計プロセス制御 (SPC) を実施する. 重要な指標 (切削率,銅厚さ) をリアルタイムで追跡し,偏差が目標の5%を超えるとアラートを起動する.
2横断解析を活用する: 内部層の質と結合を検査するために,サンプルPCBを定期的に切断し,隠された欠陥を検出するために重要な.
3サプライヤーとの連携: 一貫性を確保するために原材料の認証 (銅純度,基質Tg) とサプライヤーのQCプロセスを監査する必要があります.
4重銅のニュアンスについて検査員を訓練する: 障害の認識を改善するために,標準PCBとの違い (例えば,エッチングの課題,ラミネーションのストレス) を強調する.

よくある質問
Q: "重銅"とみなされる最小銅厚さは?
A: 2oz (70μm) は業界標準ですが,一部の高性能設計では 4oz (140μm) 以上を使用しています.

Q: 重銅PCBではなぜデラミナレーションがより一般的ですか?
A: 厚い銅は基板材料よりも高温膨張率 (CTE) を有し,温度サイクル中にストレスを生み出し,層を分離します.

Q: 重銅PCBは標準FR4基板を使用できますか?
A: 低電力重銅設計のみ (24oz). 高電力 (8oz+) のPCBには,高Tg FR4 (Tg ≥170°C) または金属コア基板がデラミネーションに耐える必要があります.

Q: プロセス検証試験 (例えば熱循環) はどのくらいの頻度で実施すべきですか?
A: 大量生産では,各バッチの1%をテストします. 重要なアプリケーション (EV,医療) では,一貫性を確保するために,5%をテストします.

重銅PCBの厳格なQCのコスト影響は?
A:QCは製造コストに10~15%を加えるが,フィールド障害コストを60~70%削減し,高い信頼性のアプリケーションの純節約となる.

結論
重銅PCBは 標準PCBをはるかに超える品質管理を必要とします熱循環まで 信頼性の確保に不可欠です自動化テスト (AOI,X線),厳格な材料基準,およびプロセス監視を利用することで,製造業者は欠陥を早期に検出できます.障害を軽減し,これらのPCBがEVの極端な要求に応えるようにする産業システムと再生可能エネルギー機器

高性能電子機器の故障リスクに比べると 厳格な品質管理のコストは 些細です優先順位を設定することは,ベストプラクティスの1つであるだけでなく,安全な信頼性の高い高性能の重銅PCBです