イノベーションを推進する:深さルーティングプロセス—複雑なPCBにおける比類なき精度の達成

PCB製造において、ますます複雑で小型化された設計への需要は、深度ルーティングを含む従来の製造方法の限界を絶えず押し広げています。

深度ルーティングは、いくつかの主要なPCB用途で不可欠です:

• リジッドフレックスPCB:これらのハイブリッド基板は、剛性のあるセクションと柔軟な相互接続を組み合わせており、フレックス部分の上下にある「カップ」を取り除くためには正確な深さルーティングが必要です。
• キャビティ付きのPCBs:キャビティは、基板層内に戦略的に作られ、基板に直接部品を統合または埋め込むために設けられます。
• ヒートシンク用の銅製コインPCB:高出力用途では、銅貨がPCB内に埋め込まれ、高効率な局所的なヒートシンクとして機能することがよくあります。深さルーティングは、これらのコインに正確なポケットを作り出すために使われ、完璧なフィット感を確保します。

これらの用途で成功するには、堅牢な機械だけでなく高度な制御機能も求められます。PCBメーカーは、精密な深さルーティング目標を達成するために高度な機械機能やプロセス手法に依存しています。ここでは、製造業者が複雑な深さルーティング課題を克服できるよう支援する重要な機能をいくつか探っていきます。

2つ目の測定システムを用いた深度ルーティング

深層ルーティングの一般的なシナリオとしては、PCBパネル自体が完全に平らでなくても一定の切断深度を作ることがよくあります。これは製造でよくあることです。このような場合、固定された基準点からの事前にプログラムされたZ軸深度のみに頼ると、結果が一貫性に欠けることがあります。

これを克服するために、機械は通常、PCB表面に正確に接触する特殊なインサートやブラシを備えた圧力足を備えた第二の測定システムを使用します。機械は接触の正確な瞬間から深さを計算し、ルーティング経路全体で一貫して維持します。この動的な調整により、ルーティングされた深さが不均一なパネル表面に対して正確に保たれます。この技術の典型的かつ重要な応用例は、リジッドフレックスPCB製造におけるカップ除去のための深部ルーティングです。

図1:第2の測定システム試料を用いた深度ルーティング。

電気接触からの深度ルーティング

第二の測定システムはしばしば機械的接触を利用して深度計算の初期点を定めますが、電気接触からの深度ルーティングはPCBの電気的特性を活用した代替的で正確な方法を提供します。この方法では、深度計算の出発点として指定された層を接地する必要があります。これは上部の銅層か内側の銅層のいずれかです。電気伝導性ルーティングツールはこの接地層に接触し、Z軸深度測定のゼロ点を定義する正確な信号を発信します。

この方法は、非常に厳密な公差と導電層への直接参照を必要とする用途に特に有利です。これにより、圧力脚部システムで起こりうる細かな機械的差異を排除し、ターゲットが銅構造である場合に優れた再現性を提供します。

図2:接地された上層との電気接触を用いた深度ルーティング。

図3:内層接地時の電気接触を用いた深度ルーティング。

研磨

電気接触の原理は「研磨」機能にも応用できます。この高度な機能により、特に深さルーティングが銅層を損傷せずに露出させる場合、非常に清潔で正確なルーティング面を保証します。機械は深度ルーティング操作を実行します。工具がターゲット銅層に電気的接触をすると、Z軸の動きは自動的に停止します。その後、工具はX軸および/またはY軸に沿ってわずかに前進し、Z軸では最小限持ち上げ、X軸および/またはY軸を動き続け、その後電気接触を再確立するために下降します。このシーケンスは研磨作業の一部として繰り返されます。

この反復的なマイクロムーブメントにより、機械は銅面を継続的に「感じている」状態になります。その結果、銅への浸透を最小限に抑えつつ、非常に精密な深さルーティングが実現し、残留した誘電体残留物や微小バリを除去して表面を「研磨」し、次の工程に備えたクリーンな銅仕上げを実現します。

高度なマッピングの可能性

残ったウェブの厚さが等しい(深さルーティングの終わりとパネル底面の正確な距離)を求める用途では、パネル厚の本質的な変動のために単純な一定深度ルーティングでは不十分であることが多いです。このような複雑な場合、ルーティング作業を始める前にバックアップパネル(底面)の「マップ」を作成することが不可欠です。

このマッピングには、海面地形の高解像度スキャンや測定が含まれます。その結果得られたデータは、ルーティングマシンに局所的な厚さの変化を正確に知らせるデジタル「地図」を作成します。機械の制御システムは、この地図に従って各ルーティングポイントのZ軸深度を調整します。これにより、元のパネルの厚さが変わっても、残りのウェブの厚さは一貫して均一であることが保証されます。

図6:背面パネルサンプルの地図。

タッチプローブ

真空テーブルやアダプターによる安定性を基に、タッチプローブ制御による深度ルーティングはキャビティ作成において最高レベルの精度を提供します。Z軸には専用のタッチプローブが取り付けられており、ルーティング過程で実際の深度を独立して高精度に確認・制御する手段を提供します。

タッチプローブ技術の利用方法はいくつかあります。

1. 単一測定+ルーティング:

• パネル表面を測定してください:タッチプローブはパネル表面の一点を正確に測定し、決定的な基準を確立します
• パネル表面に基づく定められた深さへのルーティング:ルーティングパスはプログラムされた深度まで実行され、測定された表面点を参照します

2. マルチメッティング+ルーティング:

• タッチプローブでパネル表面を測定します:タッチプローブはパネル表面の複数のポイントをスキャンします
• パネル表面やマッピングプロセスの異なる測定ポイント:これにより、必要なエリアのより詳細な地形図が作成されます
• マッピングデータの平均値に基づく定められた深さへのルーティング:ルーティング経路はマッピングされたデータポイントからの平均値または補間値に基づいて動的に調整され、広範囲にわたる局所的な表面の不規則さを補正します

3. ルーティング後の測定:

• パネル表面を測定してください:最初の表面参照を取る
• すでに処理された低いレベルを測定し、深さを確認します:初期ルーティングパスの後、タッチプローブはルーティングされた特徴の深さを測定し、精度を検証します。これは重要な品質管理のステップとなる可能性があります。

4. 適応キャビティルーティング:これは閉ループフィードバックシステムを用いる精度の頂点を表しています:

• タッチプローブで表面を測定する:開始参照を確立する
• ルーティング：初期ルーティングパスを実行します
• タッチプローブで深さを測定します:プローブは通過後に達成した深度を測定します
• 必要に応じて最終ルーティング:測定された深さが目標から逸脱した場合、機械は最終的な適応的なルーティングパスを実行し、指定された深さに到達します。このプロセスにより、比類なき精度が保証されます。

レーザーケース:機械的配線が限界に達したとき

機械的深度ルーティングは膨大な能力を提供しますが、その限界によりスキビングプロセスにレーザー技術が必要な場合もあります。これらのケースは、機械的に加工が難しい材料、必要な特徴サイズや精度が機械的能力を超える場合、または熱的影響を最小限に抑える必要がある場合によく発生します。特にPICO-greenのような高性能レーザーは、銅パッドの薄いコーティングを除去したり、接触パッドに最小限の損傷でアクセスしたりするのに最適です。

PICOグリーンレーザーは、次の層への影響を最小限に抑えながらミクロンをアブレーションできます。この非接触型、高精度かつ局所的なエネルギー供給により、周囲の材料への熱的影響を最小限に抑え、敏感な銅パッドや細線構造の完全性を保ちます。レーザースキビングは、特定の用途において機械的手法に比べて優れた制御と清潔性を提供します。

概要

高精度な深度ルーティングを行う能力は、リジッドフレックス基板、組み込み部品を含むPCB設計、集積型ヒートシンクを必要とするものなど、今日の複雑なPCB設計の製造に不可欠です。いくつかの機械機能は、深度ルーティングの精度を確保する上で重要な役割を果たします。これには、前述の機能や能力に加え、工具の安定性を高めるクランプ式スピンドル、精密かつ迅速な動きを可能にするリニアドライブ、圧力足の正確な圧力制御を可能にする調整可能なバルブなどが含まれます。

これらの機械機能(または機能の組み合わせ)を戦略的に組み合わせ、適切なルーティングツール、適切なバックアップ材料、熟練したプロセスエンジニアの専門的な作業と組み合わせることで、最も複雑で要求の高いPCB設計を生み出すことが可能になります。これらの高度な機能は、現代電子機器の複雑な要件を満たすために不可欠であり、優れた性能、信頼性、小型化を保証します。