1. はじめに

自動車のADAS（先進運転支援システム）は、マイナス40℃から125℃の高低温サイクルと10から2000Hzの振動環境下で長期間動作し続ける必要があります。カメラ、レーダー、ミリ波モジュールを搭載するHDI基板の信頼性は、車両の安全性を左右する重要要素です。業界データによると、強化されていないADAS用HDI基板は3000回の高低温サイクル後に25パーセント以上のクラックが発生し、ある自動車メーカーではHDI基板の低温クラックが原因でレーンキープ機能が失効し、1万2千台のリコールにつながりました。

PCBGOGOはADAS向けHDIを6年間提供しており、納入した全数がAEC-Q200認証を取得しています。高低温サイクル寿命は5000回を超え、車載要求を満たす信頼性を確保しています。本稿ではADAS用HDIの信頼性リスク、強化策、検証プロセスを整理し、車載基板における低温クラック対策を解説します。

2. 核心技術解析

ADAS向けHDI基板はAEC-Q200第4章に準拠し、主に三つのリスクに対応する必要があります。

第一に高低温サイクルリスクです。ADAS用HDIはマイナス40℃から125℃の温度範囲を10℃毎分で繰り返す環境に晒されます。一般的なTg150℃クラスの基材では、3000サイクル後に層間剥離強度が1.8N/mmから0.8N/mmへ低下し、AEC-Q200の要求値である1.0N/mmを下回ります。そのためTg170℃以上かつ靭性係数3.5以上の基材が必要です。

第二に振動リスクです。ADASユニットの搭載領域は10gの振動加速度（10から2000Hz）に晒され、盲埋ビアと配線の接続部が破断しやすくなります。これを防ぐためには、盲埋ビアの銅厚20μm以上、配線コーナーのR0.1mm以上を確保し、IPC-6012自動車向け付録に準拠する必要があります。

第三に湿熱リスクです。85℃85パーセントRH環境では基材の誘電特性が変動し、ミリ波レーダーの信号減衰が15パーセントを超える場合があります。AEC-Q200 Clause 4.7は誘電率変動±0.2以内を要求します。主流のADAS用HDIにはSHENGYI S2116（Tg165℃、靭性3.8、層間剥離強度1.9N/mm）やROGERS RO4835（Tg280℃、誘電率変動±0.05）が採用され、はんだ材は低温靭性に優れるSnAg3.0Cu0.5が一般的です。これらはPCBGOGOの車載材料認証に合格しています。

3. 実装可能な対策

3.1 信頼性強化の三段階設計

材料グレードアップ
まず基材はSHENGYI S2116（Tg165℃）を選択し、エンジンルーム周辺など温度が150℃に達するADAS用途ではRO4835（Tg280℃）へアップグレードします。基材厚み公差は±0.03mmで、AEC-Q200 Clause 4.2に基づき評価します。はんだはSnAg3.0Cu0.5を使用し、パッド銅厚は2oz、IMC層の厚さは0.8から1.2μmに制御します。IMCが薄すぎるとクラックが発生しやすく、厚すぎると脆化を招くため、金相顕微鏡で観察します。ソルダーレジストは150℃で1000時間の耐熱試験に耐えるタイプを選定し、IPC-SM-840E Class 3に準拠させます。

構造設計の最適化
盲埋ビアは直径0.2mm、孔壁銅厚20μm以上、フィル充填率99パーセント以上を確保し、IPC-A-600G Class 3に基づきX線検査を行います。配線は幅0.15mm以上、間隔0.15mm以上、コーナーR0.1mm以上を確保し、電源ラインは幅0.3mm以上で銅厚2ozとします。さらに基板端部は振動しやすいため、厚さ0.5mmのFR4補強板をエポキシ樹脂で接着し、補強後には曲げ強度が40パーセント向上します。

製造プロセス管理
圧着条件は160℃±5℃、圧力25kg/cm2、保持時間80分とし、基材の脆化を防ぎます。ビア電解銅めっきは電流密度1.6A/dm2で30分行い、孔壁銅厚20μm以上、ばらつき±1μm以内を保証します。洗浄工程は超音波洗浄とイオン残渣検査を組み合わせ、残渣1.5μg/inch2以下に管理します。これはIPC-TM-650 2.3.28に準拠します。

3.2 信頼性検証

高低温サイクル試験
AEC-Q200 Clause 4.3に基づき、マイナス40℃30分から125℃30分のサイクルを5000回実施します。試験後は層間剥離強度1.0N/mm以上、導通抵抗変化率10パーセント以内、クラックや剥離の無いことを確認します。

振動試験
AEC-Q200 Clause 4.4に基づき、10から2000Hzのスイープで加速度10gをXYZ方向それぞれ2時間実施し、盲埋ビア破断や配線脱落が無いことを確認します。

湿熱試験
AEC-Q200 Clause 4.7に基づき、85℃85パーセントRH環境に1000時間保持し、誘電率変動±0.2以内、絶縁抵抗101Ω以上であることを確認します。

まとめ

ADAS向けHDI基板の信頼性強化はAEC-Q200に基づき、材料アップグレード、構造最適化、プロセス管理、そして全項目の信頼性検証によって成立します。特に低温クラック対策では、Tg170℃以上の基材、強靭なビア構造、均一な銅めっき、適切なIMC制御が重要です。

PCBGOGOは車載向けHDI専用サービスとして、材料トレーサビリティ提供、前処理信頼性テスト、高低温サイクル、振動、湿熱の各評価、量産パラメータの固定化（許容偏差±2パーセント）を通じ、車載品質のHDI基板を安定供給します。