ブラインド埋め込み穴 PCB ボードは、「基板スペースの節約、信号干渉の低減、回路統合の改善」という主な利点のおかげで、5G 通信、航空宇宙、医療用電子機器などのハイエンド分野で主要な通信事業者となっています。{0}ただし、従来のスルーホール PCB ボードと比較すると、ブラインド埋め込みホールの「非貫通」構造と「多層相互接続」特性により、処理において複数の技術的なボトルネックが生じ、各リンクの精度の偏差が製品の故障に直接つながる可能性があります。-
1、加工困難の根本原因
ブラインド埋め込みホール基板の難しさは、「空間寸法精度」の要求にあります。ブラインド ホールと埋め込みホールは、基板全体を貫通する従来のスルー ホールの単純な論理を打ち破り、限られた厚さの基板内の特定の深さと位置での正確な相互接続を必要とすると同時に、多層回路の相乗効果も考慮します。-。この構造は 2 つの主要な課題をもたらします。まず、深さ制御の難しさです。-止まり穴の穴あけ深さは、表面からターゲット内層までの距離と正確に一致する必要があり、妥当な範囲を超える偏差は「貫通しない」または「内層を貫通する」可能性があります。 2つ目は層間アライメントの問題です-埋め込み穴の加工には複数の内層基板をまたがる必要があり、積層基板の収縮率や位置決め基準オフセットの違いによって埋め込み穴と内層のはんだパッドの位置がずれる可能性があり、最終的には断線や短絡につながる可能性があります。
2、基幹工程の困難を突破
(1) 穴あけ加工：
ドリル加工はブラインド埋め込み穴加工の「第一の生命線」であり、その精度がその後の配線効果に直接影響します。主に次の 3 つの大きな問題に直面しています。
止まり穴の深さの制御の難しさ: 従来のスルーホールの穴あけでは「基板を貫通する穴あけ」のみが必要ですが、止まり穴では穴あけの深さを厳密に制御する必要があります。{0}}一方で、穴あけ針の高速回転による「バウンス効果」は、実際の深さの偏差につながる可能性があります。特に基板材料が高周波材料である場合、材料の剛性が低いため、穴あけ針の振動が悪化する可能性が高くなります。-一方、多層基板の厚さが不均一であると、実際の穴あけ深さと理論上の深さに不一致が生じる可能性があり、これが内部回路に直接浸透して基板の内部構造に損傷を与える可能性があります。
埋め込み穴の「2次穴あけ」の位置合わせの難しさ：通常、埋め込み穴の加工は「まず埋め込み穴の内層を穴あけし、次に積層し、最後に止まり穴の外層を穴あけ」というプロセスがとられますが、その中でも「埋込み穴の内層と止まり穴の外層の位置合わせ」がポイントとなります。ラミネート加工時の基板の熱収縮により、内側の埋め込み穴の位置基準と外側の止まり穴の位置基準にずれがあると「穴ズレ」が発生する可能性が高くなります。変位が妥当な範囲を超えると、外側の止まり穴と内側の埋込み穴の間の重なり合う領域が大幅に減少し、その結果、電流の伝達が低下し、さらには開回路が発生します。
マイクロブラインドホール加工における「ドリルピンの損失」の問題: PCB基板の密度の増加に伴い、マイクロブラインドホールの適用はますます普及しています。しかし、マイクロドリルピンは剛性が非常に低く、加工中に「ピン折れ」や「摩耗」が発生しやすくなります。一方で、マイクロドリルニードルの「長さと直径の比」は通常大きく、高速回転中に「曲げ変形」が起こりやすく、その結果、穴の壁が過度に粗くなります。一方、マイクロドリルニードルの刃先は摩耗が早く、頻繁に交換する必要があるため、コストが高くなるだけでなく、「摩耗したドリルニードルを適時に交換しない」ことで穴の底に「掘削スラグ」が残り、その後のコーティングの品質に影響を与える可能性があります。
(2) コーティング工程：
ブラインド埋め込み穴の「非貫通構造」により、コーティングプロセス中の「溶液交換の困難」が生じ、「穴壁に銅が存在しない」または「コーティングの厚さが不均一」になる傾向があります。主な困難は次の点に反映されています。
止まり穴の底にある「残留気泡」の問題: 化学銅蒸着は、穴壁に導電性を実現するための中核プロセスです。穴壁の表面に銅の薄層を堆積するには、基板を銅堆積溶液に浸す必要があります。しかし、止まり穴の「閉じた端」には空気が残りやすく、その領域が銅溶液と接触するのを妨げる「気泡」が形成され、最終的には「穴の底に銅が存在しない」という結果になります。特に止まり穴の径や深さが小さくなるほど、気泡は抜けにくくなります。タイムリーに対処しないと、回路の断線に直接つながります。
埋め込み穴内の溶液更新が困難：埋め込み穴は基板の内側に位置しており、ラミネート後、穴内に「半硬化膜残り」や「穴あけノロ」が残留するリスクが高くなります。前処理が不十分な場合、コーティングの密着性に影響を与えます。-同時に、銅の電気メッキのプロセス中、埋め込まれた穴内の電解液はゆっくりと流れ、その結果、プレート表面よりも穴内の銅イオンの濃度が低くなり、最終的には「穴壁の薄いコーティングとプレート表面の厚いコーティング」という現象が形成され、通電要件を満たすことができず、長期間使用すると「過熱して焼ける」傾向があります。-
マイクロブラインドホールの「コーティング段差」の問題: マイクロブラインドホールの「穴開口部」と「プレート表面」の間の接合部は、ホール壁に比べてホール開口部のエッジでの電流密度が高いため、「コーティング段差」-が形成されやすく、電気めっき中に「エッジコーティングの蓄積」が発生し、段差の高さが妥当な範囲を超える可能性があります。この種のステップは、その後のソルダーマスク層のコーティングに影響を与えるだけでなく、その後のはんだ付け中に不均一なはんだ付けを引き起こし、仮想はんだ付けにつながる可能性があります。
(3) ラミネート加工：
積層とは「埋め込み穴をあけた内層基板」と「半硬化シート」をプレスして一体化する工程ですが、その難しさは「基板の収縮率の制御」と「埋め込み穴の変形の回避」です。
積層収縮による「穴ズレ」：積層工程では基板を高温高圧環境下に一定時間保持する必要があり、エポキシ樹脂半硬化シートは「流動」と「硬化収縮」を起こします。内層基板の材質が半硬化シートの収縮率と合っていないと、積層基板が反り、埋め込み穴の位置がずれてしまいます。基板の反りが標準範囲を超えると、埋め込み穴と外側の止まり穴の間の位置合わせのずれが業界の要件を直接超え、回路の機能に影響を及ぼします。
埋め込み穴における「接着剤の流れの詰まり」の問題：半硬化フィルムはラミネート中に「接着剤の流れ」を発生し、接着剤の流れの量が多すぎると、埋め込み穴が樹脂によって詰まる原因となります。接着剤の流動量が少なすぎると内層基板間の隙間を埋めることができず、層間の接着が不十分になります。埋め込まれた穴が樹脂である程度塞がれると、その後の電気めっき時に銅が穴を埋めることができなくなり、導通不良が発生します。
多層基板の「厚さの均一性」を制御することの難しさ: -ブラインド埋め込み穴 PCB ボードは通常多層構造であり、積層中に各層の厚さの偏差が妥当な範囲内にあることを確認する必要があります。-しかし、内側の銅箔の厚みの差や半硬化シートの積層順序が適切でないと、積層基板の「局所的な厚みが厚すぎる」「薄すぎる」という問題が発生します。例えば、一部の半硬化膜の積層が多すぎると、厚みが設定値からずれてしまい、その後の穴あけ加工時に穴あけ針の送り量の調整が必要となり、基準を超える止まり穴深さが発生しやすくなります。
困難への対処方向
上記の困難に対応して、業界は「精度制御」と「効率向上」を中心とした一連の技術ソリューションを開発してきました。
穴あけ加工:「レーザー穴あけ+機械穴あけ」の複合技術を採用する-レーザー穴あけは、深さの偏差が非常に小さい範囲内に制御され、穴あけ針の摩耗の問題が発生せず、微細な止まり穴の正確な加工を実現できます。より大きな直径の埋め込み穴には機械的穴あけ加工が使用され、「CCD 視覚位置決めシステム」と組み合わせて、積層後の穴の位置のずれをリアルタイムで修正し、位置合わせの精度を大幅に向上させます。-
コーティングプロセス：「パルス電気めっき」技術を導入し、電流密度を定期的に調整することで、埋め込まれた穴内の電解液の流れを促進し、穴壁上のコーティング厚さの均一性を大幅に向上させます。ブラインドホールの気泡問題に対し、負圧環境下でホール内の気泡を排出する「真空化学銅析出」装置を採用し、銅析出のカバレージを大幅に向上させました。
積層プロセス: 「低収縮半硬化フィルム」を開発し、「段階的な積層プロセス」と組み合わせて、基板の反りを極めて低いレベルで制御します。-同時に、「流量シミュレーションソフト」を用いて半硬化シートの流量を事前に計算し、埋め込み穴の詰まりを回避します。