信頼性が重要なアプリケーション向けのベアPCB品質の謎を解く

重要なポイント

• 早期の欠陥発見：ベアボード段階で欠陥を発見すれば、PCBのみのコストで済み、後の部品の無駄や手直しを避けられます。  
• ユニバーサル基板のリスク：ゼロPCBには基準面やスルーホールメッキがなく、10～20 MHz以上で信号ノイズが発生し、パッドが剥離します。  
• 重要な材料仕様：信頼性はホールバレルの銅厚（20～25 µm）、Tg、Td、CTI定格が使用環境に適合しているかに依存します。  
• 表面処理と保管期限：HASLとENIGは約12ヶ月、OSPと無電解銀/スズは約6ヶ月で期限切れとなります。  
• 完全な検査：AOIは目に見える形状欠陥を発見し、ネットリスト駆動の電気テストは実際の回路接続を検証します。

ベアPCBは、製造上の欠陥が高額な組立不良になる前に発見できる最後の機会です。この段階で小さな欠陥を修正すれば、基板のコストだけで済むかもしれません。部品がはんだ付けされた後では、同じ欠陥が部品を無駄にし、手直しを要求し、製造を遅延させる可能性があります。したがって、この最終製造チェックポイントは、部品実装が始まる前に注意深く確認する価値があります。銅厚、積層板の特性、表面処理、電気テストが、完成した基板が正しく組み立てられ、その耐用年数を通じて動作し続けるかどうかを決定します。

このガイドでは、以下を学びます：

• ベアPCBとは何か、製造と組立の間のどこに位置するか
• ゼロPCBが代替品とならない理由と、どこで機能しなくなるか
• 銅厚、積層板のTg、Td、CTIを確認できる数値で
• 表面処理の厚さと保管期限を、処理ごとに
• ベアボードテストが目では見えないオープンとショートをどう発見するか
• AOIが捉えるもの、電気テストが捉えるもの、そしてどちらも捉えないもの

ベアPCBの本質を理解する

交通が到着する前に道路と交差点が完成した都市を想像してください。ベアPCBも似ています。銅配線、穴、保護コーティングは完成していますが、まだ部品が電流を運んでいません。組立がそれらの部品を追加し、設計された回路を活性化します。

ベアPCBとは何か、製品開発のどこに位置するか？

ベアPCBは、組立が部品を追加する前の完成した基板です。工場はすでに導電路と保護層を構築しており、あなたまたは組立ラインが後で部品を供給します。

一枚を分解すると、6つの層の作業が見つかります：

• 基板、通常FR-4、ガラス織布をエポキシに浸し、硬化させたもの
• エッチングされた銅、外面および埋め込まれた内層に
• メッキスルーホール、信号を表裏に運ぶ銅バレル
• ソルダーマスクは、パッド以外にはんだが付かないようにするコーティング
• シルクスクリーン、白いレジェンド印刷の設計atorと極性マーク
• 表面処理、露出した銅の上の薄い保護コーティング

この引き渡しが製造の終わりと組立の始まりを示し、最後の安価なチェックポイントとなります。2層のベアボードは2ドルで済むことがあります。

ベアボード vs. ゼロPCB：ユニバーサル基板プロトタイピングを超えて

ゼロPCBはあなたの設計の空白版ではありません。設計が全く入っていない汎用基板です：2.54 mm（100 mil）ピッチの孤立した穴のグリッドで、それぞれが銅パッドで囲まれています。パーフボードまたはドットマトリックスボードとも呼ばれます。

3つの要素が欠けており、それぞれが実用的な問題を引き起こします：

1. メッキスルーホールなし：銅箔はパッドの片面にのみ接着されています。このプロセスを数回繰り返すと、接着剤が軟化し、パッドが部品と一緒に剥がれる可能性があります。
2. ソルダーマスクまたはシルクスクリーンなし：パッドは剥き出しで、近接した接合部がブリッジしやすくなります。マーキングがないため、部品や穴の識別ができません。
3. 銅接続なし：すべての接続はワイヤで行う必要があり、ワイヤには独自の抵抗、インダクタンスなどがあります。

正確な数値を見てみましょう：例えば、50 mm（2インチ）の30 AWGワイヤは約60 nHのインダクタンスを持ちます。このインダクタンスは、2 nsで電流が20 mA変化すると、電源レールに約0.6 Vのノイズを発生させる可能性があります。これは3.3 V基板のロジックマージンにとって大きな打撃です。PCBトレースがグランドプレーン上に配置されている場合、インダクタンスは約15～25 nHに低減され、電源プレーンはさらにインダクタンスを1 nH以下に低減できます。

したがって、ゼロPCBは4つのポイントで実行不可能になります：

1. およそ10～20 MHz以上、基準面がなく、制御インピーダンスもない場合。
2. 1.27 mm（50 mil）ピッチ以下、グリッドが2.54 mm（100 mil）に固定されているため。
3. 1～2アンペア以上、電流が銅ベタではなく手はんだ接合部を通る場合。
4. 1台を超える場合、それぞれに数時間かかり、同じものが2つとできないため。

ストリップボード、またはベロボードはその中間に位置します。連続した銅ストリップが一部の配線を排除しますが、メッキ穴、マスク、プレーンは依然としてありません。当社の PCB設計ルールガイドをご覧ください。

未実装基板の重要な生産品質指標

外観だけではベアボードの品質を確認できません。2枚の基板は同じに見えても、銅厚、樹脂品質、コーティング厚が2倍異なることがあり、それぞれの違いが通常使用中の信頼性を変えます。

基板の完全性、銅厚、層間密着性

最も誤読されやすい数値である銅厚から始めましょう。1オンスは1平方フィートに広がる1オンスの銅を意味し、厚さは35ミクロン（1.4 mil）です。0.5オンスは17.5ミクロン（0.7 mil）、2オンスは70ミクロン（2.8 mil）です。外層では、工場はより薄い箔から始めてメッキで厚くするため、「外層1 oz」は開始厚ではなく完成厚です。確認すべき数値は穴の中の銅です：IPC-6012はクラス2でメッキバレル内の平均20ミクロン（0.8 mil）、クラス3で25ミクロン（1 mil）を要求しています。

3つの積層板数値が基板が何に耐えるかを示します：

• Tg、ガラス転移温度：これを超えると樹脂が軟化し、基板厚方向に数倍速く膨張し、バレルを引き離します。標準FR-4は130～140℃、高Tgは170～180℃です。最も高温の使用温度を20～30℃下に保ち、PCBのTgの選び方をご覧ください。
• Td、分解温度は、樹脂が質量の5%を失う温度です。鉛フリーリフローは245～260℃付近でピークになるため、2～3回のパスに直面する基板ではTd 340℃以上を要求してください。
• CTI、比較トラッキング指数：汚染水50滴に対して表面が耐え、炭化トラックが焼き付く前の電圧です。標準FR-4は175～250 V付近、高CTIグレードは600 Vに達するため、低CTIでは電源回路でより広い沿面距離が必要になります。

層間密着性はIPC-A-600が機能する場所です。メズリングは樹脂がガラス織布から離れた白い斑点、クレイジングは同じものが線状につながったもの、層間剥離はブリスターとして見える完全な分離です。3つとも導体間のギャップをどれだけ埋めるかで判断されます。Tgは基板が使用中に何に耐えるかを示し、Tdはオーブンで何に耐えるかを示します。

はんだ付け性と保護表面コーティングの均一性

露出した銅はすぐに酸化し始め、はんだ は酸化物を確実に濡らしません。表面処理は酸素を遮断することで各パッドを保護します。厚さと、同様に重要なパネル全体の被覆の均一性で判断します。

約0.125 µm（5マイクロインチ）より厚い金は、実際には利点ではなく警告サインとなり得ます。金が多すぎるとはんだ接合部が脆くなり、メッキプロセスが下のニッケルを侵すこともあります。

厚さだけでは不十分で、被覆も均一でなければなりません。パネル全体のパッド、特にエッジと中央を確認してください。中央で4 µmだがエッジで1 µmしかない表面処理は、平均値では合格しても、はんだペースト印刷とリフロー中に組立不良を引き起こす可能性があります。

ベアボードテストの重要な役割

ベアボードテストは通過する最も安価な品質ゲートです。ここで発見された欠陥は基板のコストで済みます。組立後に発見されると、基板、部品、配置時間、スケジュールの枠を消費します。

部品配置前のオープンとショートの排除

ベアボードテストはすべての設計ネットを2つの補完的な方法でチェックします。導通は意図された接続が存在することを確認します。絶縁は別々の導体が電気的に分離されたままであることを確認します。合わせて、隠れたオープンとショートを露呈します。

これらの故障は少数の原因から生じ、ほとんどは目に見えません：

1. 過エッチングによる銅のスライバー、決して交わってはならない2つのトレースをブリッジする。
2. エッチレジストの傷、トレースを薄くしてオープンさせる。
3. メッキビアバレル内のボイド、穴の中の銅管が連続していない。
4. ドリルブレイクアウト、ドリルがパッドの外にそれた。
5. 内層の位置ずれ、埋め込まれた層がドリル穴に対してずれる。

欠陥を発見するコストは、下流の各段階でおよそ10倍になり、ベアボードは最も早い段階です。ここで失敗した基板は廃棄されます。最終テストで見つかった同じ基板は、部品と納期を一緒に持っていきます。

電気導通テスト：フライングプローブ vs. 自動ベッド・オブ・ネイルズ

機械を選ぶ前に、重要な質問に答えてください：テスターはあなたの基板を判断するために何を基準にしますか？

正しい答えはIPC-D-356Aネットリストです。CADツールがGerberと一緒にエクスポートするテキストファイルです。すべてのネットに名前を付け、その上のすべてのパッドの位置、層、穴サイズ、アクセスを提供します。これを送れば、ショップはあなたの銅をあなたの回路図に対してテストします。Gerberだけを送ると、ショップは代わりにアートワークからネットリストを抽出し、エッチングとドリルの欠陥は発見できますが、アートワークが間違っていたことは決してわかりません。古い代替手段はゴールデンボードからの自己学習です：既知の良品の初品をテスターに通し、その接続を基準として保存します。罠は明らかです。ゴールデンボードに欠陥があれば、その後のすべての基板がその欠陥に一致して合格します。

専用治具は、1つの特定の基板上の各テストポイントに個別のスプリングプローブを使用します。ユニバーサルグリッド治具は、通常2.54 mm（100 mil）から約0.64 mm（25 mil）ピッチの固定プローブベッドを使用します。ドリル加工されたプレートから作られたトランスレータが、各プローブをPCB上の実際のパッドに導きます。主な違いは柔軟性です。ユニバーサル治具では、基板ごとにトランスレータプレートだけを変更します。どちらのタイプも、同じPCBが生産で繰り返しテストされる場合に理にかなっています。

電気テストでは見えないもの：

• 今日は導通するが8ミクロン（0.3 mil）厚でリフローで亀裂が入るバレル
• 描画幅の60%に細くなったトレース、導通に合格しても高温で動作する
• パッド上に位置ずれしたソルダーマスク、またはパッド上に印刷されたシルクスクリーンインク
• 酸化または汚染、はんだが実際に濡れるかどうかについては何もわからない
• 制御インピーダンス、基板厚、反り、外形寸法

JLCPCBがゼロ欠陥ベアPCB製造を保証する方法

AOIと電気テストは異なるベアボード欠陥を捉えます。自動光学検査は物理的形状をチェックし、電気テストは接続性をチェックします。どちらかを省略すると、部品実装が始まるまで失敗のクラス全体が隠されたままになります。

高精度CNC加工と自動光学検査（AOI）

ドリル精度が下流のすべてを可能にします。ドリル精度があれば下流のすべてが可能です。JLCPCBは2層以上の基板で0.15mm（6mil）径の穴をドリルでき、最小完成ビアは0.25mm（10mil）で、1 oz銅厚で穴のアニュラーリングに最低0.20mm（8mil）を要求し、0.25mm（10mil）を推奨しています。穴がドリルされた後に残る銅のカラーがアニュラーリングです。位置合わせはパネル全体で数十ミクロンずれることがあり、0.05 mm（2 mil）で作られたリングは片側で消える可能性があり、接続はスライバーに依存します。

AOI、つまり自動光学検査は、エッチングされた銅を撮影し、各層のピクセル単位の比較を使用してすべての画像をCAMデータと比較します。目に見える形状を持つ欠陥を捉えます：スライバー、ニック、ピンホール、銅の欠落、間隔違反、パッド上にずれたソルダーマスク。JLCPCBはパターンメッキ後にAOIを実行し、ラミネーション前に内層をチェックします。これは埋め込まれた欠陥がまだアクセス可能な最後の段階です。

エンタープライズグレードの信頼性のための100%無料ベアボードテスト

JLCPCBは、出荷前にすべての基板が100% AOIと電気テストを受け、別途製造費用がかからないと述べています。テストはフライングプローブまたはベッド・オブ・ネイルズ治具のいずれかを使用します。両方のチェックはオプションのライン項目として提供されるのではなく、含まれています。2ドル基板の5枚注文では、テスト費用が総額の大部分を占めることがあり、購入者はそれを断る誘惑にかられます。テストされていない基板は、決して故障していなかった回路をプローブするのに丸一日を消費する可能性があります。

残りの仕様をあなたの設計と直接照合してください。JLCPCBはNan Ya、KB、ShengyiなどのサプライヤーからのGrade A積層板で1～32層をリストしています。トレースとスペースは1 oz銅で0.10 / 0.10 mm（4 / 4 mil）から始まります。基板厚は0.4～4.5 mm（16～177 mil）で、1.0 mm以上ではプラスマイナス10%の公差があります。表面処理の選択肢にはHASL、鉛フリーHASL、ENIG、OSPがあり、6層およびRFビルドにはENIGが必須です。

設計を完成したベアPCBに変える準備はできましたか？

GerberとIPC-D-356ネットリストを一緒に JLCPCBインスタント見積ページにアップロードして、基板がアートワークではなく回路図に対してテストされるようにしてください。組み立ても行う場合は、フットプリントを確定する前に JLCPCB部品ライブラリ を確認し、ベアボード品質管理とテストのガイドが完全な検査チェーンをカバーしています。

具体的には、クラス3は基板を良くするチェックボックスではありません。クラス2に対して、アニュラーリングブレイクアウトを完全に排除しますが、クラス2はティアドロップの後ろで最大90度を許容します。バレル銅の平均を20ミクロン（0.8 mil）から25ミクロン（1 mil）に、表面パッドへの銅ラップを5ミクロン（0.2 mil）から12ミクロン（0.47 mil）に引き上げます。3つともコストと歩留まりがかかるため、ダウンタイムが許容できない場合にクラス3を要求し、デフォルトでは要求しないでください。

PCBのアイデアを実現する準備はできましたか？

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ベアPCBに関するFAQ

Q: ベアPCBとは何ですか？

ベアPCBは、部品がはんだ付けされていない完成した回路基板です。基板、エッチングされた銅、メッキ穴、ソルダーマスク、シルクスクリーン、表面処理があり、それ以外は何もありません。

Q: ベアボードはゼロPCBと同じものですか？

いいえ。ベアボードはエッチングされた銅にあなたの特定の設計を担っています。ゼロPCBは、パーフボードとも呼ばれ、2.54 mm（100 mil）ピッチの孤立した穴の汎用グリッドで、回路がなく、メッキ穴もありません。

Q: ベアボードテストは追加費用がかかりますか？

JLCPCBではかかりません。すべての基板が出荷前にフライングプローブまたはベッド・オブ・ネイルズによる100% AOIと電気テストを受けます。一部のサプライヤーは料金を請求するので、見積もりを比較する前に確認してください。

Q: ベアPCBを組み立てる前にどのくらい保管できますか？

表面処理によります。HASLとENIGは通常約12ヶ月持ちますが、OSP、無電解銀、無電解スズは通常約6ヶ月とされています。乾燥剤と一緒に密封して保管し、メーカーの日付から数えてください。

Q: 基板がAOIと電気テストに合格したら、良品であることが保証されますか？

いいえ。AOIは形状のある欠陥を発見し、電気テストは抵抗のある欠陥を発見します。どちらも酸化、汚染、保管期限を過ぎた表面処理を検出しないため、保管と取り扱いが依然として重要です。

結論

ベアPCBはビルドの中で最も単純な部分に見えるため、購入時には価格が支配的になることがよくあります。しかし、納品された基板はバレル銅、積層板Td、表面処理の均一性においてあなたの仕様と異なる可能性があります。これらの違いは作業台越しには明らかではありませんが、それぞれが基板の寿命を短くする可能性があります。

ベアボードの品質は、確認できる証拠で判断してください：銅厚、バレルメッキクラス、積層板Tg、Td、CTI、表面処理厚、製造日、提供されたネットリストに対する電気テストの確認。そのネットリストをGerberと一緒に送ってください。設計した日ではなく、組み立てる日に合わせて表面処理を選んでください。このタイミングが保管中の濡れ性を保護します。これにより、欠陥がまだ2ドルで済む段階でベアボードテストを維持できます。