適切なPCB厚さの選定：標準、設計、製造要因

目次: PCBの標準厚さとは？ | PCB厚さに影響する設計要因 | PCB厚さに影響する製造要因 | PCB厚さ選定時の3つの考慮点 | 無料お見積もり依頼

製造アプリケーションの寸法を参照する際、標準を理解し活用することは不可欠です。これは特に基板において当てはまります。PCB厚さに公式な標準はありませんが、製造企業間で特定のサイズが好まれ、一般的に使用されています。これらの推奨厚さは、設計を簡素化し、製造設備を効果的に活用し、コストを最小限に抑えるために強く推奨されます。しかし、PCB厚さは変動し、多くの設計者は特定の設計および製造目的で厚さを変更することを選択します。ここでは、「標準」PCB厚さの意味と、次のプロジェクトのPCB厚さを決定する方法を探ります。

PCBの標準厚さとは？

MCLの標準ベース厚は0.062インチ、つまり1/16インチで、許容差は10%です。これは非常に一般的なPCB厚さであり、通常業界標準と見なされています。この理由は、PCB製造の初期に製造されていたベークライトシートのサイズが1/16インチだったためです。この厚さが最も一般的ですが、PCB製造では他の一般的な厚さも見られます。

0.062インチ基板に加え、0.031インチと0.093インチの基板もよく使用され、より堅牢または多層基板のニーズを満たします。この範囲内外で他の厚さの基板もありますが、これらが最も一般的な厚さと見なされています。

PCB厚さに影響する11の要因

業界標準厚さを知ることは重要ですが、多くの要因がカスタム基板を必要とする場合があります。これらの設計および製造要因によって、基板が非標準厚さを必要とする可能性があります。PCB厚さに影響する主な2つの要因グループは、設計要因と製造要因です。これらを以下で詳しく説明し、プロジェクトのPCB厚さ選定のお手伝いをします。

PCB厚さに影響する設計要因

設計要因はPCB設計段階で考慮されます。これらの要因は主に基板の機能性と目的に焦点を当て、製造中に必要となる実用的考慮事項というよりは、機能面に重点を置きますが、製造要因も同等に重要です。PCB厚さに影響する最も重要な設計要因には以下が含まれます：

1. サイズ、重量、柔軟性

薄い基板は厚い基板よりも軽量で柔軟ですが、脆さゆえにより容易に破損します。フレックスPCBは柔軟性を実現するために薄くなければなりませんが、柔軟性を必要としないアプリケーションでは、構造的完全性のためにより厚い基板が有益な場合があります。しかし、厚い基板はより頑丈である一方、重量が増し、デバイス内でより多くのスペースを占有します。これら両方の特徴は、軽量アプリケーションや空間容量が限られたデバイスでは問題となる可能性があります。PCBの最終用途がこれらの要因を決定し、PCB設計を開始する前に定義すべき最初のパラメータの一部となります。

2. 銅厚

銅厚はPCB全体の厚さに影響します。使用される銅層の厚さは通常、PCBを通過する必要のある電流に依存します。標準銅厚は約1.4〜2.8ミル（1〜2オンス）ですが、この厚さは基板の固有要件に応じて調整されます。銅が厚いほど基板は厚くなり、材料ニーズと処理の課題により基板コストも高くなります。

3. 基板材料

PCBの動作と寿命は材料の選択に依存しますが、これらの選択も基板厚さに影響します。典型的な基板製造は、基材、ラミネート、ソルダーマスク、シルクスクリーンで構成されます。これらの中で、ラミネートと基材が最も重要な考慮材料であり、基板の構造を提供し、全体の厚さに大きく影響します。基材は、必要な誘電率に応じて紙とエポキシ樹脂、ガラス織布、セラミックで構成される場合があります。一方、ラミネートは熱硬化性樹脂と紙または布の層で構成されます。ラミネートと基材の両方には、回路基板の熱的、機械的、電気的特性を決定する多くのオプションがありますが、基板の全体的な厚さも決定します。

4. PCB層数

PCB層数は、理解できる通り基板の厚さに影響します。2〜6層PCBの厚さはPCB厚さの標準閾値内に収まる可能性がありますが、8層以上のPCB厚さは標準外となる場合があります。製造業者がより薄いPCB層を使用して標準厚さを実現できる場合もありますが、層数が増えるにつれてこれはますます非現実的になります。実用的な観点から、設計により多くの層が必要な場合は、より大きなPCB厚さを許容してください。設計が複数層を必要としないが特定の厚さパラメータを満たす必要がある場合、層数を減らすのが最善の選択です。

5. 信号タイプ

PCBは幅広い信号タイプを伝送しますが、これが基板に必要な材料を決定し、結果として基板の厚さに影響を与える可能性があります。例えば、高電力信号を伝送する基板はより厚い銅と幅広いトレースを必要とし、低電力環境で動作する基板よりも大幅に厚くなります。より複雑な信号を持つ高密度基板は、レーザーマイクロビア、細いトレース、薄い高性能材料を通常使用するため、他の基板タイプよりも伝統的に薄くなります。

6. ビアのタイプ

PCBビアは、表面上ではなく基板内部を通じてトレースをルーティングするもので、よりコンパクトな設計を作成する上で重要です。多くの異なるビアタイプが使用可能です：

• スルービア
• マイクロビア
• ブラインドビア
• 埋め込みビア
• ビアインパッド

使用されるビアのタイプと密度は、基板がどの程度の厚さを必要とするかに影響します。例えば、マイクロビアはより小さく高密度接続を意図しているため、より薄い基板で使用できます。

7. 動作環境

基板の厚さと構成材料は、PCBの伝導性と抵抗に影響を与え、異なる環境で異なる厚さが望ましくなります。例えば、薄型またはフレキシブル基板は過酷な動作環境には最適な選択ではないかもしれません。また、厚い銅トレースは高電流では熱的に不安定であり、熱的に変動する環境や高電流環境には不向きです。PCB上のコネクタと部品も重要で、これらには基板厚さに関連する特定の材料と性能要件があります。

これらの要因に基づき、設計者は標準またはカスタムPCB厚さのどちらが最も望ましいかを合理的に評価できます。しかし、設計段階はここで終わりではありません。製造業者が次に関与し、彼らの能力とそれが最終PCB設計にどのように影響するかを議論する必要があります。

PCB厚さに影響する製造要因

上記の設計要因に加え、製造能力も最終PCB設計、厚さを含め、重要な役割を果たします。考慮すべき製造要因には以下が含まれます：

8. 穴あけ設備

設計者は性能目的で穴のサイズと間隔に注意を払うことが多いですが、穴あけ製造プロセスは複雑さを加えます。あらゆるタイプのスルーホールを穴あけする際、製造業者は基板の厚さとフライス盤およびレーザーの直径と深さの能力によって制限されます。この制限はアスペクト比（穴の深さと穴径の比率）で表されます。標準穴あけでは、すべての製造業者が7:1のアスペクト比を達成できるはずです。一部の製造業者はより高いアスペクト比を達成できますが、これは基板設計の最終決定前に製造業者と話し合う必要があり、通常より高いコストがかかります。厚い基板では、製造業者は小径穴を実現しにくくなります。

9. 銅厚

銅トレースはエッチングによって作成され、これはPCB製造における最も重要なステップの1つです。エッチングやメッキなどの製造プロセスは、内部銅層の厚さに依存します。このため、より厚い銅層は製造性に影響を与え、最終PCB製品の設計とコストに潜在的に影響を与える可能性があります。

10. 層数

前述の通り、PCBの層数が多いほど、標準厚さで製造するのが難しくなります。専門メーカーは、より薄い層でスタックPCBを作成し特定の厚さに対応できる場合がありますが、この能力は普遍的ではなく、多くの場合大幅な価格上昇を伴います。設計を最終決定する前に、層のニーズについて製造業者と話し合い、彼らの能力と達成可能なことを確認してください。

11. デパネル化方法

考慮すべきもう1つの製造要因はデパネル化です。製造業者は複数の基板を含む大きなパネルでPCBを製造し、その後パネルを個々の基板に分離します。基板の厚さは、使用できるデパネル化方法に影響します。厚い基板はスコアリングを使用して慎重にデパネル化する必要がある一方、薄い基板はルーティングでブレイクアウェイタブを作成できます。再び、製造業者と密に協力してデパネル化方法と要件、PCB設計を最適化する方法について話し合ってください。

最終PCB設計を完了する前に、これらすべての製造要因を製造業者と話し合ってください。これらは製造業者の能力とコストに依存します。設計プロセスの早い段階でこの会話をしないと、設計を修正または完全に再設計することになり、プロジェクトのコストが増加する可能性があります。

PCB厚さ選定時の3つの考慮点

設計者の中には、自分のアプリケーションに標準厚さが最適だと結論付ける人もいれば、カスタマイズがより良いと判断する人もいます。最終設計がどちらかのオプションに導くかもしれませんが、PCBの最終厚さは多くのコスト決定要因に影響します。最終設計と製造選択を行う際に考慮すべき最も重要な要因を以下に示します：

1. 設備能力

最初の考慮事項は、製造業者が必要な基板厚さを製造する設備を持っているかどうかです。対処すべき具体的な領域は上記の「製造要因」セクションに記載されていますが、この決定は設計プロセスの早い段階で行うべきです。アプリケーションが高度な設計技術でのみ達成可能な特定機能を必要とする場合、それらのニーズに対応できる製造業者を早期に調査するのが最善です。ただし、高度な技術はコスト増加につながることを覚えておくことが重要です。

2. 納期

標準PCB厚さは、調整がほとんどまたはまったく必要ありませんが、カスタム厚さは時間を要する変更を必要とします。カスタム厚さは、設計の固有ニーズに対応するために製造業者が設備設定とプロセスを変更する必要がある場合があります。これらの調整には時間がかかり、製造開始が遅れ、潜在的に納期が増加する可能性があります。複雑な設計機能はさらに製造に必要な時間を増加させます。カスタムPCB厚さを追求する場合、製造業者と話し合い、おおよそのスケジュールを取得し、納期見積もりを調整してください。

3. 追加コスト

最後に、カスタム基板がビジネスにとってコスト効率的かどうかを評価する必要があります。標準厚さ基板は、カスタム厚さ基板と同じ製造コストと遅延をもたらすわけではないため、ビジネスはコストとメリットを慎重に評価する必要があります。標準厚さに対応するために必要な特殊材料のコストが高くなる場合もありますが、このコストはカスタム厚さ基板に対応するために必要な変更と比較して、価値のあるトレードオフとなる可能性があります。

ミレニアムサーキッツへお問い合わせください

「標準」と見なされるものをはるかに超えて、PCB厚さには多くの選択肢があります。標準PCB厚さを使用すると通常、より速く安価な製造になりますが、カスタム厚さは独自のアプリケーションに必要なすべての機能を確実に得られることを保証します。どちらを選択するにしても、ニーズを満たし専門的なアドバイスを提供できるPCBサプライヤーと提携する必要があります。MCLがお手伝いします。

ミレニアムサーキッツリミテッドはペンシルベニア州に拠点を置くプリント基板サプライヤーです。業界のリーダーとして、私たちの目標は毎回お客様に最高のPCBを提供することです。生成するPCBのタイプや量に関わらず、専門的に設計され、適切に製造され、競争力のある価格設定された製品とともに一流のカスタマーサービスを提供するよう努めています。

MCLは国内外の製造拠点で世界中の400社以上のお客様にサービスを提供しています。私たちの能力について詳しく知りたい、またはPCB厚さオプションについて話し合いたい場合は、ミレニアムサーキッツまでご質問ください。