今回のブログは、信号と電源の重畳（ちょうじょう）について、紹介させて頂きます。

例として、
PoC　(Power over Coax)
PoE　(Power over Ethernet)
等、信号線に電力を重畳する例や、

PLC　(Power Line Communications)
のように、電力線に信号を重畳する例があります。

どちらも信号と電源を1本のケーブルで接続できたり、
敷設済みのコンセントを通じて通信出来たりと、非常に便利です。

この信号と電源の重畳と分離は基板設計上で物理的に
工夫されているので紹介させて頂きます。

同軸タイプの「PoC」を例に挙げてみます。

ホスト機器側で、電源と信号の重畳を、
ターゲット機器側で、電源と信号の分離を行う回路例です。

同軸ケーブル1本で、接続し、ホスト側から電源を給電する為、
ターゲット機器側にコンセント等の電源供給設備が不要になります。

数十Ｗの電源と、インピーダンスコントロールの必要な高速信号を
同居させるわけですから、アートワーク上で工夫しないと、
信号が大きく減衰したり、反射やノイズの影響を受け、正常に通信できないこともあります。

実際に、Fakra規格の通信が正常に動作せずに困っているとの相談を受けたことがあります。
回路図上は問題となるところが見受けられず、アートワークデータを確認したところ、
明らかに反射の影響が大きく出るデータになっており、信号の重畳・分離を考慮して
設計されておりませんでした。
弊社にてアートワーク設計を見直すことで、正常動作し喜んでいただけました。

ポイントとしては、「反射を起こさない(スタブを作らない)」、
「インピーダンスコントロールを行う」、「部品の適正な配置」
と言った、一般的なことではあるのですが、知識が無いと難しいのかもしれません。
また、ターゲット機器は物理的制約(小型化)が大きいこともあり、設計自体の
難易度が高いことも多いかと思います。

ご興味あれば是非お問い合わせください。

@kitaoka

今回のブログは、バックドリル工法について、紹介させて頂きます。

バックドリルとは

・ビアのスタブを除去する為の工法

となります。

具体的な例として・・・

上図は、8層基板の断面図で、信号がビアを介して1層目から3層目に接続されています。
4層目から8層目のビア部分はスタブになります。

このスタブをドリル加工で除去する工法を「バックドリル」と言います。

このような工法が生まれた背景として、ビアのスタブが

・アンテナとなる為、放射ノイズの問題
・インピーダンスの不連続による伝送損失
・反射による問題

など、信号線の高速化に伴い無視できなくなった為です。

具体的な基板加工としては、積層・パネルメッキ等の一連の加工が終わった後、
スタブ部分をビアのホール径よりも大きいドリルで削り取ることとなります。

基板の厚み公差、ドリル加工での深さ方向の公差など、加工時に生じる公差と基板自体の歩留まりを考えると、完全なスタブ除去は難しく、写真の通り、多少のスタブは残ってしまいます。

なお、デバッグ結果から、ある一定の層を除去するだけでも
特性が改善されるとの評価も得られております。

思想は異なりますが、ビアのスタブを無くす手法として、ビルドアップ基板があります。
ビルドアップ基板と比較したメリット・デメリットを上げてみます。

・メリット
ビルドアップ基板に比較すると基板コストは低い
貫通ビアである為、設計は比較的容易

・デメリット
量産に向かない
高密度化には向かない(ドリル加工であるため、狭ピッチでの加工が困難)

試作や少量の製造であれば非常に効果のある製造工法かと思います。
ご興味ありましたら是非お問い合わせください。

@kitaoka

前回に引き続き、「パッドオンビア＋穴埋め」の製造工程について、紹介させて頂きます。

標準的な基板とパッドオン＋穴埋めの基板では、パネルメッキ後の工程に違いがあります。

①積層
②ドリルによる穴空け加工
③パネルメッキによる導通の確保

この後、レジストやシルク・表面処理を行うと、標準的な基板となります。

「パッドオンビア＋穴埋め」ではパネルメッキ後に、標準外の穴埋め工程が必要になります。

④樹脂(または伝導性ペースト)充填
⑤硬化・平坦化
⑥ふたメッキによる導通確保

この標準外の作業は、人手によるものが大半ですので試作ならではの工法になり、コストも
少しお高くはなりますが、基板サイズに制約が有る際や、出来るだけ小型化したいなど、
基板やデバイスピッチの狭小化を求める製品向けに提案しております。

@kitaoka

今回のブログは、パッドオンビア＋穴埋めの基板工法について、紹介させて頂きます。

そもそも、パッドオンビアとは何か？から紹介させて頂きます。

パッド(Pad)とは、部品を取り付けるために設けられた銅箔部分(表面処理によって、金メッキや、半田メッキ等が施されます)のことを指し、
このパッド部分にビア(VIA)を設けることを、パッド オン ビアと呼んでいます。

上図のように、標準的な設計では、部品から引き出しラインを引いてパッドの外にビアを設けます。
一方、パッドオンビアは、その名の通りパッドの上にそのままビアを設けるため、標準的な設計に比べ、部品間隔を詰めたり、配線を多く通すことができる為、基板の小型化に有効な手法となります。

デメリットももちろんあります。
ビアを設けることから、穴が開いてしまいます。
部品実装する際、この穴に半田が流れ込むことで実装不良となる恐れがあります。

放熱パッド等であれば、半田が流れ込まないようにパッドの形状や、レジスト形状を工夫することも可能ですが、狭ピッチBGAのパッドや2端子チップのパッド等、工夫することが不可能な形状も存在します。

ここで登場するのが今回紹介する「パッドオンビア＋穴埋め」という工法です。
穴が問題になるなら塞いでしまえ!
と言うことですね。

樹脂や導電性ペーストでビアの穴を塞ぎ、蓋メッキを施すことで導通を確保し
実装上の問題点をクリアにします。

ただ、工法が標準外になりますので、次回ブログでそのあたりを紹介できればと思います。

@kitaoka