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2009.09.10

多層基板はショートしないのか?

4層基板を作ってみて不安になることは、内層が他の層とショートしないかどうかということです。
結論をいうと大丈夫なのですが、多層基板をバームクーヘンのようなものと考えてしまうと、心配で心配で夜も眠れなくなります。(実際に、出図した日の夜は何度も目が覚めた)

4層基板の内層は、普通は基板の外側にむき出しにはなっていません。基板の端から適度なクリアランスを設けているためです。

Tasou_1_2

しかし、もし間違ってクリアランスがなかったら、内層がはみ出ないでしょうか?
Tasou_2

鋭利なもので傷をつけたら、内層が曲がってしまって別の層とショートしてしまわないでしょうか?
Tasou_3

例えば、Vカットの刃が内層の上を通ったり、水をしみこませたりしたら・・

というわけで、実験してみました。
まず、ヤスリで4層基板の端を削ります。
少し削ったところで、内層が露出しました。
内層から外側の部分はぴったりとくっついていて、空間があるわけではなさそうでした。

4layer

写真で見てわかるとおり、2つの内層が輝いて見えます。たしかに、こういう状態で金属片か何かをもってきてガチャガチャやれば、確かにショートしました。内層がむき出しになっているのは多少はヤバイでしょう。でも、自発的にショートすることはなさそうです。

次に、ドリルで穴を開けてみました。
Drill

ドリルが貫通する際に、一瞬、ショートしましたが、それはドリルの刃が金属だっただからです。
ただし、ドリルのようなもので削ると内層がバリとなってめくれます。そのバリがショートすることはありますので、切断面は綺麗にしておかなければなりません。

最後に、ワイヤストリッパで挟んでみました。
Wstrip

挟んで傷がついた瞬間、ショートしますが、それは刃が金属だからです。ワイヤストリッパを外せばすぐにショートしなくなります。

結論として、内層はとても薄く、プリプレグやコア材それよりもずっと厚いということでした。そして絶縁体は十分に硬く、銅は脆いということでした。
絶縁体は柔らかくないので、傷が付いても凹んでショートることはありません。また、銅箔は十分に薄く、層と層の間は十分に広いので、伸びてショートすることもありません。ショートする前に銅箔が切れます。
どうやらバームクーヘンとはだいぶん違うことがわかりました。

くだらない実験ですが、実際にやってみるとかなり安心できました。

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コメント

面白い実験ありがとうございます。私もずっと疑問でした。結果がわかってすっきりしました。新しい基板を1枚だめにして実験したことに感心しました。
新しいSpartan6の基板良さそうですね。FPGAカンファレンス2009に行けないのが残念です。

投稿: marsee | 2009.09.12 05:54

貴重な情報、ありがとうございました
製品ではもちろんやりませんけど、これを知っていると知らないとでは大きな違いが有ると思います
自分もずっと疑問でしたが、これですっきり!です

投稿: のら猫 | 2009.09.14 08:57

marseeさん、のら猫さん、コメントありがとうございます。

お楽しみいただけたようで光栄です。

4層で1.6mmなら、銅に対してプリプレグが10倍くらい厚いのでかなり安心ですが、10層とか12層基板で1.6mm厚となると・・ちょっと不安になりますね。

文章ではなかなか書き表しにくい手の感触とかありますので、もし手元にいらない基板があれば、一度やってみるのがお勧めですよ。
どの程度のストレスなら大丈夫という感覚がつかめます。

投稿: なひたふ | 2009.09.14 12:14

はい、機会があればやってみます
一度壊せば絶対に覚えますからね

新人に組立や配線をさせる時など、一度わざと壊れるようなやり方を(無理にでも)やらせて壊れる瞬間の感触を覚えさせると、まず失敗しませんね

投稿: のら猫 | 2009.09.14 19:11

なひたふさんの前向きな姿勢と好奇心にはいつも感服しています。自分もやってみなければと思っていたんですがこんな歳になるまでやりませんでした。手の感触って大事ですね。私もがんばらなくちゃ。

投稿: ままサル | 2009.09.26 20:52

内層クリアランスはエッチング時に銅箔が残ってしまった不良品や導電性異物の混入などでたまにショートすることがあります。ちゃんとした基板屋ならあらかじめ内層銅箔のX線検査や製造後にフィクスチャー、フライングプローバーなどで検査するので大丈夫ですが、ごくまれに疑似オープン状態となって検査をパスしてしまう場合があります。

また、多層基板は通常は熱プレスで各層が密着されますが、行程の悪い基板メーカーに当たってしまうと異物混入や清潔性などの問題からクリアランスの隙間の密着性が悪いこともあり、そこから吸湿して絶縁不良がおこることがあります。

スルーホール断面検査などをするとこれらの不良基板の状態がよくわかります。といっても起こってから原因を調べての対応ですが。

投稿: ARX | 2009.10.04 00:55

内層ショート参考資料
ttp://www.p-ban.com/services/2009/03/defect_analysis.html

投稿: ARX | 2009.10.04 00:58

すごく薄い(0.4mm)の4層基盤をハサミで切ったら、断面でショートしました。厚さも大事なようですね。ヤスリで直せるか、エッチングで直せるか、やってみてみます。

投稿: はせ | 2022.03.10 23:45

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