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サイドプレーティング

紹介

サイドプレートとは?

PCB業界でよく耳にする「サイド・プレーティング(Side Plating)」には、より具体的な名称として「エッジ銅めっき(edge copper plating)」とも呼ばれ、場合によっては「キャステレーション(Castellation)」とも呼ばれます。これをイメージするなら、基板の「側面」に一層の「銅のコート」を施したものです。この銅層は表面だけを覆うだけでなく、基板の最上層から最下層まで縦方向に延在し、エッジに沿って完全な導電性接続帯を形成します。この銅層は単にエッジの表面に被っているわけではなく、基板自体の上面および下面の導電性銅箔と完全に接続されており、基板全体の厚み方向にわたって導電経路を構成しています。また、設計によっては基板内部の特定領域のエッジ部分についても、同様に金属化処理が施されることがあります。例えば、基板内に設けられた溝やカット、分離領域のエッジ部分なども同じ金属化処理方法により、これらの内部エッジを導電性にすることができます。このような処理により、基板のエッジ部分はもともと物理的な支持機能のみを果たしていた絶縁構造から、回路接続にも関与できる機能的な導電構造へと変化します。

この「銅メッキ」層が完了した後、必要に応じて各種表面処理を行うことができます。例えば、ENIGプロセスを使用して銅層の上に薄い金の層を形成すると、端子の導電性がより安定し、耐酸化性が強化されます。また、ENEPIGプロセスを使用して金と銅の間にパラジウム・ニッケルの中間層を追加することで、信頼性をさらに向上させることも可能です。コストパフォーマンスを重視する場合は、ホットエアレベル(HASL)も一般的な選択肢です。溶融はんだで銅層を覆うことで、銅を保護するだけでなく、後工程の溶接も容易になります。

side-plating.jpg

サイドプレーティングの適用シナリオ

プリント基板(PCB)の設計および製造において、サイドプレーティングは一般的な工程ではなく、特定の機能要求に対して精密なソリューションを提供するものです。その利点は、以下のシナリオで特に顕著です:

1. 高周波または大電流用途における導電性の向上

例えば、RFモジュールにおいて、エッジ銅めっきはインピーダンスを低減し、高周波信号伝送をより安定させることができます。

2. 接続インターフェースとしてのエッジ設計

たとえば、センサーサブボードとマザーボードの接続において、エッジ銅めっきを「露出接点」として直接使用することができます。マザーボードのカードスロット設計と組み合わせることで、追加のコネクタを使用せずに信号および電力の伝送が可能となり、構造を簡略化しスペースを節約できます。

3. 機械的衝撃耐性に関する信頼性要件

頻繁に抜き差しされる、または横方向からの力が加わる可能性のあるPCBにおいて、エッジ銅めっきは「金属の骨格」としてエッジ強度を高めます。基材と密着して結合することで、エッジ部の亀裂や層間剥離のリスクを低減し、特に薄型PCB(厚さ≤0.8mm)の耐久性向上に適しています。

4. サブボードとマザーボード間のモジュール接続

モジュラー設計において、ダウジャボードはマザーボードに迅速かつ安定して接続される必要があります。側面の銅めっきは、ピンヘッダーの代わりにエッジ溶接またはクランプによる「プラグアンドプレイ」を実現できます。このような設計は組立作業においてより効率的であり、ピンヘッダーの緩みによる接触不良を回避することもできます。

5. エッジ溶接の組立最適化

PCBのエッジ部分を溶接固定する必要がある場合(例えば金属製ハウジングやヒートシンクに接続するなど)、側面の銅めっきにより、より信頼性の高い溶接ベースを提供できます。フラットな金属表面により、はんだの均一な付着が確保され、冷汗や脱落を防ぐことができ、特に自動溶接においては組立歩留まりを大幅に向上させます。

side-plating-pcb.jpg

側面銅めっきのPCB設計仕様

側面への銅めっきの効果は、設計段階でのディテールの管理に大きく依存します。工程の実現可能性および最終的な品質を確保するためには、CAD設計において「銅層の重なり」によりめっき領域を明確に定義し、以下の主要なルールを厳格に遵守する必要があります。

1. 銅層の重なり幅は0.5mm以上であること

この設計により、電解めっき時に銅層が表面から側面まで連続して被覆されることを確実にし、「欠陥」を回避できます。壁を築く際にレンガを互い違いに積み重ねて安定性を持たせるように、銅層の重なりは側面の導電性能を確保するための基本です。

2. 接続層は≥0.3mmの導電接続を確保する必要があります

この銅線部分は「配線の延長部分」と等価であり、電流がPCB内部から側面の銅めっき領域にスムーズに伝導できるようにし、接続部分が狭いことによる過剰な抵抗や信号減衰を防ぎます。

3. 非接続層は0.8mm以上の安全距離を維持しています。

この設計は、不要な領域の銅層が誤って側面の銅めっきと接続されることによる短絡リスクを回避するためのものです。同時に、エッジ処理(カットや研磨など)のための作業スペースを確保し、側面銅めっきの精度が損なわれないようにしています。

側面銅めっきの主な利点

「金属化エッジ」特有の構造により、側面めっきはPCBの性能と信頼性向上において不可欠な役割を果たし、特に高品位電子機器においてその価値が発揮されます。

1. 向上した電磁両立性(EMC)性能

RFモジュールや5G通信機器などの高周波回路において、側面に銅張りを施すことで、多層PCBのグランド層と組み合わせて目に見えないバリアを形成し、外部からの電磁妨害(EMI)を遮断し、内部信号の外部への放射を低減することができます。このような設計により、信号間のクロストークを大幅に低減し、複雑な電磁環境下でも回路を安定して動作させることができます。

2. 高効率なシールドバリアを構築

医療機器のセンサーモジュールなど、感度の高い回路においては、側面に銅張りを施すことでPCBのエッジを「シールド境界」とし、内部のシールド設計と組み合わせて全方位の信号絶縁空間を形成することができます。これは、外部からの不要な信号が侵入しにくく、内部の重要な信号が漏洩しにくいことを意味し、高精度回路に純粋な動作環境を提供します。

3. 静電気保護の追加保護

電子部品は静電気に対して非常に敏感であり、側面の銅めっきは『静電気放電経路』として使用することで、輸送および組み立て中に蓄積された静電荷を安全に放電する手段となり、部品の静電破壊リスクを低減します。この保護効果は、ケースで保護されていない基板や頻繁に抜き差しされるモジュールにおいて特に重要です。

4. 接続および組み立ての二重信頼性を向上

エッジ接続のコアとなる担体として、側面の銅めっきを直接はんだ接点として使用することができ、また、スロットと併用して機械的な固定と電気的接続の一体化を実現します。この設計により、組み立てプロセスが簡素化されるだけでなく、金属同士の密着によって接続部分の耐振性および耐久性が向上し、接触不良による故障を減少させます。

側面銅めっきにおけるプロセスの制限と設計上の配慮

側面銅めっきはPCBの性能を大幅に向上させることができるが、製造プロセスの特性に制限されており、プロセスの実現可能性を確保するために設計段階で潜在的なリスクを事前に回避する必要がある。

1. エッジ銅めっきの不連続性に関する制限

PCB製造においては、加工精度を確保するために基板をプロダクションパネルに固定する必要があり、その結果、側面の銅めっきがエッジ全体の長さにわたって覆うことができなくなる。これにより、配線ラベルの対応する位置に隙間領域を確保する必要がある。この隙間はプロダクションパネルの治具設計に従って確保され、幅は通常2〜5mmで管理される。

2. Vカット基板分割プロセスとの互換性に関する制限

側面の銅めっきの金属化処理は、スルーホールめっき(PTH)工程より前に完了させる必要があります。また、Vカットによる基板分割は形成された側面銅層を破壊し、めっきのひび割れや剥離を引き起こす可能性があります。したがって、側面に銅めっきを施した基板はVカットによる分割を避ける必要があります。基板の分離には、ゴング加工プロセスを使用することをお勧めします。これにより、エッジめっきの完全性を保証できます。

3. 表面処理およびソルダーマスクの特別な要件

側面の銅めっき領域における表面処理は、インサート金またはインサート銀処理を優先的に採用する必要があります。これらの処理方法は銅層表面に均一で緻密な保護層を形成し、酸化を防ぐことが可能であり、はんだ付け特性にも影響しません。HASLなどの他の処理方法を使用する場合、めっき厚みの不均一によりエッジ接続の信頼性が低下する可能性があります。

同時に、はんだレジストの設計においては、側面の銅めっき部分を確実にはんだレジスト開口("solder mask opening")する必要があります。これは、金属表面を直接露出させ、導電性接続を実現するためです。誤解を避けるため、設計ファイルには側面の銅めっき範囲、表面処理の種類および接続要件を明確に記載した注記を追加することをお勧めします。これにより、正確に実施することが可能になります。

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