プロフェッショナルなPCBレイヤースタックアップソリューション：高度多層設計向け

目次: PCBレイヤースタックアップの目的 | 多層PCBスタック作成時の目標 | 多層PCBスタック作成時のその他の考慮要因 | 一般的なPCBレイヤースタックアップのタイプ | MCLは高品質多層PCBの供給源 | MCLへ無料お見積もり依頼

プリント基板（PCB）は、より多くの機能と回路が単一の基板に収まるようになり、ますます複雑化しています。単層PCB自体がますます複雑になっていますが、PCBレイアウトはコンパクトなスペース内でさらに多くの機能を提供する必要があります。その結果、多くの製造業者は多層PCBスタックアップに注目しています。では、PCBスタックアップとは何でしょうか？ どのように機能し、あなたのアプリケーションに必要でしょうか？ ここでは、PCBスタックアップについての重要なポイントをいくつか紹介し、情報に基づいた決定をお手伝いします。

PCBレイヤースタックアップの目的

PCBスタックアップとは、PCBを構成する銅層と絶縁層の配置を指します。これらの層は、同じデバイス上に複数のプリント基板を得るように配置されます。最も基本的なレベルでは、多層PCBは少なくとも3つの導電層で構成されます。底層は絶縁ボードと合成され、各基板層は次の層と接続されます。

PCBレイヤリングはより複雑でスペース効率の良い基板を作成しますが、PCBスタックアップには以下の利点もあります：

• 機能性の最大化： 多層PCBはデバイスの速度と機能性を倍増させ、より機能的な基板を実現します。
• 脆弱性の最小化： レイヤースタックは内部層を外部ノイズから保護し、有害な外部力に対する脆弱性を低減します。
• 放射の低減： 適切に設計されたPCBレイヤースタックは、特に高速レイアウトにおいてデバイスからの放射を最小限に抑えるのに役立ちます。ただし、インピーダンスミスマッチのある不良設計は、通常のPCBよりも大きなEMI放射を引き起こす可能性があることに注意が必要です。
• コスト削減： 優れたレイヤーPCBスタックアップは、複数の回路を単一の基板に配置することで、より低コストな製造を実現するのにも役立ちます。1枚の基板は、基板自体、基板が使用される部品、完全なセットアップのパッケージングの製造を合理化します。

これらの利点に加え、PCBスタックアップはインピーダンスミスマッチと信号クロストークの問題も低減します。これらすべての利点が、PCBスタックアップを非常に望ましいものにしています。

多層PCBスタック作成時の目標

多層PCBスタックは、特定の設計ニーズを満たすように慎重に設計されます。多層PCBが達成すべき最も基本的な目標には以下が含まれます：

1. グランドプレーンと電源プレーンをできるだけ密接に結合する。
2. 信号層は常にプレーンに隣接させる。
3. 信号層をそれぞれのプレーンにできるだけ密接に結合する。
4. 高速信号をプレーン間の埋め込み層を通じてルーティングし、放射を封じ込める。
5. 複数のグランドプレーンを含め、インピーダンスと放射を低減する。

これらの目標を可能な限り達成しようと努めるべきですが、すべてのPCBスタックがこれらすべての目標を満たすわけではないことに注意が重要です。実際、8層基板のみがすべての5つの目標を満たすことができます。PCBエンジニアリングチームと密に協力し、どの目標があなたのPCBスタックアップで最高優先順位かを決定してください。

多層PCBスタック作成時のその他の考慮要因

上記の目標に加え、多層PCBスタックを開発する際には他の設計要因も考慮する必要があります。解決すべき重要な問題には以下が含まれます：

• 層間オフセット： 多層PCBスタック作成時に層が容易にオフセットされる可能性があります。これを防ぐには、基板側面設計にホットメルティングとリベット・ダウェル法を使用します。
• スタックアップのメイズリング： 基板スタック時に剥離の形でメイズリングが一般的です。これを防ぐには、基板を一緒に配置する際にエポキシプレート付きパッドを追加します。これらのパッドは圧力をバランスさせ、メイズリングを排除するのに役立ちます。
• コア材料： 単層PCBは標準基板材料またはアルミニウムコアで作成できます。しかし、アルミニウムコアPCBは多層スタックアップには利用できないことに注意が必要です。多層アルミニウムPCBの製造は非常に困難だからです。
• 材料の一貫性： 多層PCBは、コアとプリプレグの両方で同じ製造業者の材料を使用すべきです。異なる製造業者の材料を使用すると、ラミネーション中に問題が発生する可能性があります。
• 反りねじれ： 多層スタックアップで銅が不均等に分布している場合、反りねじれの問題が発生する可能性があります。このため、PCB設計者はすべての多層PCBを対称的に設計すべきです。銅重量、プリプレグ厚さ、コア厚さのスタックアップは対称でなければなりません。

これらの要因に加え、PCBエミッションを密接に監視し設計することが不可欠です。設計を最適化してエミッションを最小限に抑え、リターンループを引き起こす設計の一般的な問題を回避してください。

一般的なPCBレイヤースタックアップのタイプ

PCB多層スタックアップの設計基本を理解したところで、利用可能なスタックアップのタイプと、ニーズに合ったスタックアップ設計の選び方を知ることが重要です。PCBレイヤースタックアップには5つのタイプがあります：2層、4層、6層、8層、10層。必要な層数は、主に回路のサイズ、基板のサイズ、基板のEMC要件によって決まります。そこから基板のレイアウトを決定できます。

各タイプの基板を以下で詳しく説明し、よく使用される条件も併記します。

2層

しばしば両面PCBと呼ばれる2層PCBは、両面で相互接続に対応できるため、おそらく最も一般的な多層PCBタイプです。これらのPCBは3つの材料層で構成され、そのうち2つが機能層です：

• 信号層： このトップ層は銅で構成され、厚さは約0.0014インチ（1オンス）から0.0021インチ（2オンス）です。
• ラミネートコア： ラミネートコアはトップとボトムの銅層を分離し、それらを絶縁します。ビアが基板の両面間の接続を作成します。
• 底層： この2番目の銅層は信号層と類似し、厚さは約0.0014インチ（1オンス）から0.0021インチ（2オンス）です。

これらのPCBは安価で比較的製造が容易なため、より高価な4、6、8、10層以上の設計よりも好まれることがよくあります。また、伝播遅延がなく、他のスタックアップオプションと比較して潜在的な設計問題が少ない傾向があるため、高機能です。

4層

PCBスタックアップの観点から、4層PCBは多層基板における第2に一般的なオプションです。これらのPCBには電気信号をルーティングする4つの層があります。これらの層はサンドイッチ状に重ねられ、外側にトップとボトム層、内側に2つの内層が含まれます。トップとボトム層は部品とルーティングが配置される場所です。しかし、内層は外部接続ができないため、電源プレーンや信号ルーティングとしてよく使用され、トレース信号の品質向上とEMIエミッションの削減に役立ちます。内層を信号層にすることは推奨しません。4つの信号層が必要な場合は、6層基板を検討することをお勧めします。

2つの内層はコア層で互いに分離され、トップとボトム層はプリプレグで内層から分離されます。これにより、以下のようなレイヤースタックアップになります：

• トップ層
• プリプレグ
• 内層1
• コア
• 内層2
• プリプレグ
• ボトム層

2層PCBよりもプロトタイピングと製造が高価ですが、4層PCBは全体的により高い機能性を提供します。慎重な設計により、優れた信号品質とEMC能力も提供できます。

6層

6層PCBは機能的に、2つの追加信号層を持つ4層PCBです。合計で、6層スタックアップには4つのルーティング層（2つの内部と2つの外部）と、接地と電源用の2つの内部プレーンが含まれます。全体として、層は以下のように配置されます：

• トップ層
• プリプレグ
• グランドプレーン
• コア
• ルート層
• プリプレグ
• ルート層
• コア
• 電源プレーン
• プリプレグ
• ボトム層

上記で説明した設計は最も一般的で、高速信号伝送とEMI制御のバランスを取っています。この設計は、高速信号を2つの埋め込み層を通じて、低速信号を表面層を通じてルーティングすることでこれを実現します。

しかし、この設計がすべてのアプリケーションで効果的とは限りません。例えば、高速設計ではグランドと電源プレーンを隣接させます。一方、低EMIエミッション向けの設計では、シールドを助けるために追加のグランドプレーンを持ちます。どの設計バリエーションがあなたのアプリケーションに最適か疑問に思う場合は、常にPCB設計者とサプライヤーと密に協力して最適なオプションを決定してください。

8層

8層PCBスタックアップは、6層基板よりもさらに多くのオプションを提供し、ルーティングまたは性能のために2つの層を追加します。また、リストアップされた中で多層PCB設計の5つの目標すべてを達成できる最初の基板でもあります。

典型的な8層PCBスタックアップは、中央に電源層とグランド層を配置し、層間の良好な容量性と、第2と第3の信号プレーン間の分離を提供して信号品質を保護します。これにより、一般的な8層PCBスタックアップは以下のようになります：

• 信号層1
• プリプレグ
• グランドプレーン
• コア
• 信号層2
• プリプレグ
• 電源プレーン
• コア
• グランドプレーン
• プリプレグ
• 信号層3
• コア
• 電源プレーン
• プリプレグ
• 信号層4

これらのPCBは4つ以上の信号プレーンを持たず、追加の信号プレーンの代わりに、EMC性能を最適化するためにより多くのグランドプレーンと電源プレーンを備えています。これは、6層基板よりも8層基板の製造コストが高いことを考えると、最適でないように見えるかもしれません。しかし、このオプションを選択する十分な理由があります。8層PCBは2、4、6層オプションより高価ですが、8層基板の6層基板に対するコスト増加率は、6層基板の4層基板に対するコスト増加率よりも小さいのです。このより小さな増加率により、排出性能の向上に対するコスト増加を正当化しやすくなります。

10層

設計が6つのルーティング層を必要とする場合、10層基板を検討すべきです。10層PCBスタックは6つの信号層と4つのプレーンを備え、信号層とリターンプレーンの間にタイトな結合があります。典型的な10層設計は以下のように配置されます：

• 信号層1
• グランドプレーン
• 信号層2
• 信号層3
• 電源プレーン
• グランドプレーン
• 信号層4
• 信号層5
• 電源プレーン
• 信号層6

この配置では、高速信号は通常内部信号層でルーティングされます。適切にスタックしルーティングすれば、このセットアップは優れた信号品質と優れたEMC性能の両方を提供できます。接地プレーンまたは電源プレーンを追加の信号層に置き換えることは推奨しません。これは性能低下を招く可能性があります。

MCLは高品質多層PCBの供給源

PCBで機能性を高める必要がある場合、多層PCBスタックアップは優れた選択肢です。製造コストと設計ニーズは追加層ごとに増加しますが、機能性とEMC改善のトレードオフは、世界がますますコンパクトになる中で、コストに見合う価値があることが多々あります。必要な層数に関わらず、経験豊富なPCBサプライヤーも必要です。ミレニアムサーキッツがお手伝いします。

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PCB業界のリーダーで、世界中のさまざまな業界のお客様を抱えています。イノベーション、品質保証、分野での長年の専門知識により裏打ちされた高品質なプリント基板を一貫してお客様に提供しています。リジッドフレックス基板、HDI基板、スタックアップなど、多くのPCB関連製品を提供しています。必要な層数が何層であっても、MCLに品質基板の供給を信頼できます。

MCLと協力してPCBを評価することもできます。すべてのご注文に無料PCBファイルチェックを提供し、設計がエラーフリーであることを確認します。また、最新の試験・測定機器を備えた訓練されたチームによる品質管理プログラムがあり、IPC A-600規格および追加のお客様要件への製品適合性を確保しています。

すべてを締めくくるために、MCLはお客様に最高のサービスを提供することにコミットしています。この目的のため、サービスの無料お見積もりを提供しています。さらに、1営業日以内にお見積もりを提示できます。私たちの目標は、あなたが必要とする唯一のPCBサプライヤーになることです。

MCLへ無料お見積もり依頼

ミレニアムサーキッツリミテッドは、多層基板を含む幅広いPCBとPCB製品を供給しています。PCBスタックアップとMCLが提供できるオプションについて詳しくは、MCLの専門家チームにお話しください。ミレニアムサーキッツへ今日お問い合わせください、多層スタックアップについてのご質問があれば何でもお答えします。