基板のレジストにより性能がかわる

質問

何時もお世話になっております。
高精度高速アナログ基板なのですが、今まで何十台と納入してきました。
しかし、今週行った試験で性能が規格に入らない基板が多数出てきて原因を
追求することになりました。
ぱっと見たところ、基板のレジストが今までのより、厚くなっていました。
基板屋に問い合わせたところ、意図的に塗布時間や焼き時間を変化させることが
ある（季節によって変えたりだそうです）と言うことで、当たり前のようです。
動作は普通にするのですが、1ppmを追求するような高精度の基板であるため、
その精度が出なくなってしまいました。

原因はお手上げ状態なのですが、レジスト厚が変わってしまったのが原因の
ような気がしております。
レジスト厚がかわり、比誘電率が変化し、特性が悪くなると言うようなことが
起っているのではないかと推測されるのですが、
どなたか、似たような経験や考えられる要因等考わかりますでしょうか。
レジストで調べても詳しいことが解らなかったです。
レジストによって特性が変わる可能性があるのか？と言うことが知りたいです。
よろしくお願いします。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

レジストで特性が変わることはあります。私もシビアなところはレジストを
かけないという対策をしたこともあります。

ただ、レジストで何が変わるのかというと程度も含めていろいろですから
レジスト側から追求するのではなく、回路の性能を出すために何が必要か
という観点から影響する特性項目を明確化するべきです。

基板の絶縁抵抗なのか、等価誘電率なのか、タンデルタなのか、もしかすると
レジスト以外にも熱抵抗が変わったり、赤外線吸収が変わったり・・・
これらを片っ端から調べるのは得策ではありません。やはり起きている現象
から、何がいけないのか（設計条件を満たさなくなったのか）を突き止める
べきです。

お礼

ご回答ありがとうございます。

確かにその通りですね。
レジストの影響に決め付けてちょっと周りが見えなくなっていました。

回路上原因部を特定するのがかなり困難で苦労してます。
現象からある程度あたりはついているのですが、あまりにも微調が必要
であるため、特定はほぼ不可能に近いと考えております。
ここがと言う箇所は何箇所もあり、ある程度見切りをつけて、カットアンドトライ
で合わせこんで行くしかないかなと考えております。
報告書としては、この回路付近に容量成分が付加された為、それを打ち消すような
回路定数を入れて解決させましたって感じになるかと考えております。
回路性能を出すために、ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータ、オペアンプを
全てディスクリートで作成（市販ＩＣでは全く性能が出ないため）している基板で、
更に、水冷により吸熱を行うことで、特性を満足させているものです。
何時もですが、計算やシミュレーションではなかなかでない現象で結構
苦労してます。

回答No.4

noname#230359

再度、＃１です。

どうやら結構シビアな回路なようですね。でも立ち上がり時間が数nsec程度
であれば、普通はレジストはあまり問題にはなりません。ただ、今回は
ppmオーダーの精度ということなので、問題になるのかもしれません。

中身が解らないので理論的なアドバイスにはならないかもしれませんが、
おそらくレジストはしない方がよさそうな気がします。これも単純ではない
のですが、伝送路はレジストなしとし、その分パターン幅なども微調して、
レジストは半田の流れ防止のため最小限にすると良いかもしれません。

このオーダーが問題になるとすると誘電率、誘電正接ではないでしょうか。
だとすると基板材（プリプレグ）自体も問題になり可能性があります。
（微少電流の話にはなっていないので絶縁抵抗のことは無視しました。）

世の中には0.1pFのコンデンサが売られています。調整で可変する量ではなく
0.1pFという値自体が部品として必要とされている用途があるからです。
その意味では0.1pFという値を制御不可能な微少量だとして特別視すること
なく、きちんと原因を追及すれば明確な結論がでるのではないかと思います。
（納期はまた・・・別問題ですけどね）

あとひとつちょっと気になったところですが、高精度なためディスクリート
で組んでおられるようですが、高速の回路はディスクリートで必ずしも
良い性能が得られるとは限らないことがあります。寸法の絶対値が問題に
なるケースです。

お礼

結局原因は最後まで完全に特定することが出来ませんでした。
次の開発に取り掛かることになり、製造に全部移管してしまいました。
ただ、レジストを元に戻してもらうことで、微妙なカットアンドトライ
をすることはなくなりました。
回路上怪しいところの定数を変えることで、特性が出るので、原因箇所は
分かてます。特性を出すために帰還抵抗をシリパラ接続しているのですが、
そこの容量が増えたことが原因だと考えております。
空中配線にすることで特性改善になるのですが、安全試験、振動試験に通らなく
なる可能性があるため、別のところで対処療法で性能を出しました。
本当はもう少し追い詰めたかったのですが、如何せん納期と開発が
詰まっていて時間的に余裕が無いのが現状です。

あと、０．１ｐＦの調整というのは、実際に０．１ｐＦのコンデンサをつけたり
外したりという作業です。微妙なところで、０．１ｐＦが良かったり、０．３ｐＦ
が良かったりしますので。

それと、ディスクリートにした理由は、市販のＩＣでは全く性能が出なかったからです。
電圧が中途半端に高い、速度がめちゃくちゃ速い、ｐｐｍの精度が必要、
ノイズがμＶレベル等かなり高い仕様の製品ですの。
電圧、速度、ノイズ、直線性等全てを満たすＩＣが世の中に存在しませんでした。
工夫して実験段階では市販ＩＣでも行いましたが、
ディスクリートが一番性能が良かったため、これで製品化しました。

最後に。
何とか解決できました（微妙ですが）ので、ご回答いただいた方には本当に
お世話になりました。
ありがとうございます。

回答No.3

noname#230359

それはたとえばレジストにより1ｐF程度変わると影響を受ける回路なのでしょうか？ICや素子のばらつきには起因しないのでしょうか？
また洗浄は問題ないでしょうか？

お礼

ありがとうございます。

（１）さんのお礼でも述べたように、全てのものをディスクリートで組んでいるため、かなり複雑な回路になってしまっています。
開発段階での調整にて０．１ｐＦ単位での微調を必要としてました。
数nsで立ち上がり、セトリングは十数ns。２０μＶ以下での精度、安定度が必要であるため、少しの容量変化でも特性が変化してしまいます。
微妙なところは調整にて調整担当がカットアンドトライで微調する形になっております。
もちろん素子のバラつきも全て計算によって満足しておりますし、ばらつき
を押さえ込むような設計、構造をしております。
ただし、カタログ数値から外れている場合はこの限りではありません。

とりあえず、納期があるため、そんなに時間がかけられず、怪しいところの
定数をカットアンドトライにて調整し、性能を満足させると言う方法を
取っております。
原因追求は対処両方を行った後になるかと思います。

回答No.2

noname#230359

確かに原因不明な特性変化することはありますね

自分の経験したケースでは、当然といえば当然ですがレジストの影響よりもハンダレベラーの仕上がり状態のほうが大きく影響しました。
同じ製造元でも、試作レベルと量産とで担当部署が違っていて、作業工程の違いから出来高に差が有って特性が変わったということもありました。

(1)の回答にあるように原因をきっちりと追究しないと（本当にレジストだけの問題なのかも含めて）泥沼にはまってしまうと思います。

事情が許すならばレジスト無しも考えたいですね。
今回はこちらも勉強になりました。

＃増幅器の帰還抵抗に数百MΩとか、並列に数pFのCを入れるとかそういう世界でしょうか？・・・もしかして同業者だったりして(^^ゞ

お礼

ご回答ありがとうございます。

確かに泥沼にはまりそうです。

レジスト厚が変わり、表層のパターンインピーダンスが変わってしまい、
特性に影響が出ていることは間違いなく、
怪しい辺りをカットアンドトライで何とか性能は確保できそうなところは
見えております。