PCBにおけるシービングとは何か、なぜ行われるのか？

私たちの高速設計コースでは、学生がクラスで説明するものの物理的な表現を見ることができるように、サンプルのPCBを回覧しています。よく質問されるのは、シービングとその提供する利点に関するものです。この記事では、シービング（銅シービングとも呼ばれる）について、それが適用される基板のセクション、製造のどの段階で行われるか、めっき操作との関係、外層アートワークにシービングを追加する責任が誰にあるか、その短所と利点について説明します。

説明と描写

シービングに関連して生じる質問には以下のものがあります：

• シービングとは何か？
• なぜそれが外層に追加されるのか？
• なぜシービングのドットのサイズが異なるのか？
• PCBの外層アートワークにドットを配置する責任は誰にあるのか？

これらの質問への回答は、以下の解説で提供されています。まず、盗難防止は、外層に設計された特徴と共にめっきされる表面全体にわたって「ダミー」パッドを追加することです。このプロセスの目的は、めっき電流と穴の中のめっきをより均一にするために、外層にわたって銅の均一な分布を提供することです。これらのダミーパッドは、PCBスタックアップに積層される外層銅によってめっきされる他のすべての特徴と共に接続されます。めっき後、ダミーパッドの間の銅はエッチングされ、表面層の他の特徴と共に互いに隔離された状態で残されます。

図1と図2は銅の盗難防止の2つの例を示しています。図1に示すように、BGAの周りには丸いドットがあります。ここでは、ボードとコンポーネント全体で銅を同じ高さにするために盗難防止が行われなければなりません。 図2は、プレスフィットコネクタの周りの盗難防止を示しています。これにより、穴の中のめっきが均一な厚さになることが保証されます。

PCBの銅盗みについてよりよく理解するためには、以下に説明されているめっき操作を見直すことが役立ちます。注：内層には盗みが必要ありません。内層はエッチングにのみさらされ、めっきを必要としません。

めっき操作

外層めっき

外層のめっきは、PCBの一方の側から他方への接続が形成されるようにビアやコンポーネントのリード穴に銅を堆積させるために行われます。また、内層の信号や平面への接続を作るためにも行われます。PCBの外側の層は、穴に銅をめっきするために必要なめっき電流の経路を提供するために、ドリリングとめっきのプロセスが完了するまで固体の銅として保持されます。

パネルめっき

PCB製造の初期段階では、穴が開けられ、バリやデブリが取り除かれた後、PCBが形成されたパネル全体がめっき浴に浸されました。これをパネルめっきと呼びます。パネルめっきの課題は、エッチングプロセスの後にトレースやパッドが配置されない領域でも銅が表面全体にめっきされることです。これにより2つの問題が発生します：

• 不要な銅のエッチングは、外側の表面にメッキされた銅だけでなく、外層の元の銅を通過する必要があります。これにはより多くの化学薬品の使用が必要であり、また時間もよりかかります。
• 銅を通ってエッチングが進むにつれて、横方向にもエッチングされ、トレース幅の制御が正確でなくなります。これが以下に説明されるパターンメッキプロセスにつながりました。

パターンメッキ

パターンメッキは、外層が最終的にエッチングされた後に残る機能にのみ銅をメッキするプロセスです。通常、含まれる機能は、すべてのスルーホール、トレース、およびコンポーネント取り付けパッドです。このプロセスは、ドリル加工が完了した後に2つの外側の層にメッキレジストを適用することによって達成されます。このメッキレジストは感光性があり、メッキされない領域のレジストを固化させる光にさらされます。露光されなかったレジストは洗い流され、メッキされるべき領域が露出されます。次に行われるのがメッキのステップです。

パターンめっきの問題点は、外層の特徴が表面全体に均等に分布していない場合、めっき電流も均等に分布しないことです。その結果、ビアやコネクタの穴などの一部の特徴は、離れた場所に配置された他の特徴よりも重くまたは均一にめっきされないことがあります。プレスフィットコネクタの穴のように、非常に均一なめっきが必要な場合（図2に示すように）、全表面にわたってめっき電流を均等に分散させるために何か対策を講じる必要があります。ここで銅の盗用が登場します。

外層アートワークに銅盗用を追加するのは誰で、なぜドットの形とサイズが異なるのか？

各製造業者は、顧客から提供されたアートワーク内の銅の分布を調べるアルゴリズムを持っています。製造工学スタッフは、均一なめっきを達成するために追加する必要がある銅の量を決定します。この追加の銅は、ドットや四角形の形で追加されます。この記事に含まれる図に示されているように、各製造業者はPCB銅盗用特徴の異なる形とサイズを持っています。

銅盗用に関する注意点

銅の盗難が追加された場所の直下の層にトレースがある場合、それらのトレースのインピーダンスは、盗難がそれらの上に適用された場合、悪影響を受ける可能性があります。これが起こらないようにするためには、盗難が許可されている場所と許可されている場所を指示するメモを製造図面に追加する必要があります。以下は、製造図面でこれを指定する一つの方法です：

• 「外層に盗難を許可して均一なめっきを保証します。盗難は、外層の他の銅の特徴から0.100インチ（2.5 mm）以上離れていなければなりません。それは、外層の下の最初の埋め込み信号層のトレースから0.100インチ（2.5 mm）以内にあってはなりません。盗難パターンは、供給者の裁量に任され、固体銅で構成されてはなりません。」

外層に盗難を追加しないことの結果

PCBの外層に銅の盗難が追加されておらず、制御インピーダンストレース、プレスフィットコネクタ用の穴、およびコンポーネント取り付けパッドなど、めっきされるべき特徴の分布が不均一な場合、孤立した特徴は密集しているものよりもはるかに多くの銅でめっきされます。

PCBの外層をめっきする際の制御パラメーターは、ビアやコンポーネント取り付け穴に十分な銅がめっきされていることを確認し、堅牢な接続を保証することです。ほとんどの場合、最も重要な穴はコネクタのプレスフィットピンを受け入れる穴です。これらの制御は通常、+/- 2ミルまたは0.05 mmです。めっき業者は、この仕様が満たされるまでめっきを続けることを許可します。シービングがなければ、他のほとんどの特徴は過剰な銅でめっきされるため、完成した穴のサイズが小さすぎるか、トレースのインピーダンスに影響します。

要約

シービングは、PCBを通して穿孔された穴に銅の均一なめっきを保証するために製造業者が使用する方法です。これを達成するためには、めっき電流をPCBの外層表面全体に均等に分配する必要があります。シービングは、めっきされる穴の分布が均一でない場合に銅が均等に分散されることを保証します。

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