多層PCBの層数決定：ステップバイステップガイド

プリント基板、略してPCBは、電子部品を接続するボードだ。重要な材料である非導電性ガラス繊維は基板として知られる。その片面または両面に薄い銅箔層がコーティングされている。銅箔上にライン、パッド、ビアのエッチングが施され、余分な銅が除去される。どんなPCBか知りたいなら？

廃棄または破損した電子機器、PCやノートPCを開けてみよう。エッチングが施された薄い緑色の基板が見えるはずだ。以前に見たことがあるはずだ。かなり美しく見える。

多くの方は多層PCBについてあまりご存知ないが、ほぼすべての主要電子機器に搭載されている。そう、そうなのだ。ここでは、多層PCBについて知っておくべきすべてを紹介する。

1. 多層PCBとは

PCBには単層、二層、多層がある。単層PCBは基板の片面のみに銅コーティングとエッチングがある。二層PCBは両面にある。また、多層PCBであっても、すべての層に何らかのパターンがある。

単層や二層と多層PCBの違いは何か？それは、銅層の間にガラス繊維をサンドイッチ構造で挟み込んでいる点だ。層数は4〜28層まで、高度な電子機器では厚さ0.4〜5mmの範囲で変化する。

1.1 多層PCBはどこで使われるか

携帯電話からノートPC、心拍モニターまで、すべて多層PCBを使用している。なぜか？単層や二層から機能性が向上するからだ。こう考えてほしい：複雑な回路接続が必要な時、複数の単層PCBを使うか、単一の多層PCBを使うかだ。これは機能性を高めるだけでなく、重量も減らす。また、単層や二層PCBよりもはるかに少ないスペースで済む。その結果、スマートフォン、テレビ、ノートPCがさらに薄くなっている。

1.2 多層PCBの主なメリット

• より高い機能性と能力
• スペースを取らない
• 単層・二層と比較して軽量
• 高速動作
• 部品実装密度が高い
• 剛性と柔軟性の両方の製造が可能

2. 多層PCBに関する主要な質問

多層PCBが何か分かったところで、少し深く技術的な話に入ろう。心配はいらない、退屈ではなく、眠くなることもない。

PCBを扱う際に心に留めておくべきポイントだ。

2.1 どの動作周波数が必要か

デバイスでアプリをクリックして開くのを待つ場面を想像してほしい。待ち続ける。時々すごく遅い。

気分が良くないはずだ。それは、プロセッサーのクロック速度、つまり周波数のせいだ（これもPCBだ）。単層や二層PCBの動作周波数は約500MHz〜1GHz程度だ。

多層PCBの動作周波数は500MHz〜2GHz以上だ。大した差でないように思えるかもしれないが、アプリが1分早く開くには十分だ。今の時代はスピードとストリーミング、より速いデバイス、より速い生活だ。誰もが数秒でも1分でも速くなりたいと願っている。

2.2 多層PCBの密度

PCB基板を注意深く見たことはあるか？異なる道路を持つ都市のような構造が見えるはずだ。正直、かなりクールだ。部品の密度は、典型的なLEDの回路基板より高い。

デバイスが薄くなるにつれ、単一の回路基板により多くの部品が搭載されるようになった。それを実現した方法は、そう、多層PCBだ。しかし、高密度部品のPCB設計は決して簡単ではない。深刻な頭脳戦と様々な考慮が必要だ。グランドプレーン、電源プレーン、ビアの数を知る必要がある。

ベッドビアかブラインドビアを使うか？

ブラインドビアとベッドビア

ビアは、内層または外層の部品を接続するために基板にドリル加工された穴だ。ブラインドビアは基板の外層を内層に接続する。ベッドビアは内部層同士を接続し、注意深く見るとブランクスペースのように見える。

アスペクト比

板厚とスルーホール径の比率だ。一般的に、ほとんどのメーカーでアスペクト比は6:1だ。アスペクト比が小さいほどPCBの強度が高まる。アスペクト比が高いほど銅メッキ量と周波数が増える。したがって、PCB設計時には適切なバランスが必要だ。

信号インテグリティ

信号が損失や歪みなしに一点から別の点へ伝達できること。信号インテグリティが正しくなければ、PCBはうまく機能しない（シャーロック・ホームズなら気づくはずだ）。だからこそ、グランドプレーン、電源プレーン、PCB材料、ビアの適切な配置を心がける必要がある。

3. 多層PCB設計のルール

技術的な話を駆け抜けた（やれやれ）；設計について少し話そう。楽しくエキサイティングな作業だ。PCBを作る予定なら、以下の手順で進められる。

ステップ1- 回路図を作成する。これはPCB上のすべての部品の青写真だ。ソフトウェアや手書きで可能だが、ソフトウェアを推奨する。

ステップ2- 基板レイアウトを描く。KiCadやCircuitMakerなどのソフトウェアで可能だ。検索すれば多くのソフトウェアが見つかる。

ステップ3- 最後のステップは基板へのエッチングだ。これを請け負う業者もいる。または、はんだごてなどを使って自分で行うこともできる。

回路図設計が美しいだけでなく正しいことを確認する必要もある。PCB設計はかなり楽しい。しかし、やりすぎないこと。初心者でグラフィックカード用PCBを作ろうとしないこと。

LEDから始めることをお勧めする。見栄えが良く、かなり良い趣味であり、空き時間にできる良い仕事でもある。

4. 多層PCBの種類

では、多層PCBの主なタイプを見てみよう。

単層PCB - 基板の片面のみに薄い銅層コーティングがある。反対面には電気部品の電気的接続がある。

二層PCB - 基板の両面に薄い銅層コーティングがある。ドリル穴で両面の回路を接続する。

多層PCB - 3枚以上の二層PCBのシリーズだ。各PCBの間に絶縁層があり、強力な接着剤で固定されている。

リジッドPCB - ねじれないリジッド基板を使用。単層、二層、多層すべてに対応。

フレキシブルPCB - 柔軟な基板材料を使用。単層、二層、多層すべてに対応。

注：銅以外にアルミニウムを導電材料として使用することも可能。

5. 多層PCBの応用分野

PCBの使用分野については、すでにかなり良いイメージをお持ちだろう。いくつかの具体的な例を挙げよう。

• コンピューター、スマートフォンなどの電子デバイス。ほぼすべての電子デバイスが何らかの形でPCBを使用。純粋な形もあれば、複雑で高度な形もある。
• 心拍モニター、CTスキャナーなどの医療機器。
• 電子レンジ、冷蔵庫、コーヒーメーカーなどの家電製品。
• LED、ネオンサインなどの照明機器。
• ドリルなどの産業機器。または、ナビゲーションデバイス、コックピットの制御システムなどの自動車機器。

これらの薄い小さな基板は、人生のあらゆる場面に浸透している。私たちの周りの至る所に存在する。

6. 多層PCBメーカー

この動画から分かる通り、多層PCBの製造はかなりトリッキーだ。プロセスは非常に集中的で、精度が要求される。

• 複数層の銅箔、プリプレグ、コアのサンドイッチ積層。この工程には非常に高い圧力（50psi）と温度（350°F）が必要。
• 積層中、層への均等な応力が必要。失敗すると不均一な圧力、または位置による不均一な厚みが生じる。
• すべての層がアライメントされている必要がある。

カスタマイズ可能な多層PCBをお探しだが、どこから始めればよいか分からないなら、これ以上探す必要はない。あなたのニーズに合わせたカスタマイズ可能な多層PCBを提供している。

まとめ

多層PCBの使用は80年代に増加した。今日、それはここに留まる電子デバイスの不可逆的な一部となっている。

世界のPCB市場は2024年までに約900億ドルに達し、2019〜2024年の複合年間成長率は4.3%と予測されている。多層PCBは単層や二層PCBよりはるかに有用だ。

しかし同時に、コストが高く、技術、時間、最適化への多額の投資が必要だ。PCB設計を計画しているなら、趣味、プロジェクト、興味のいずれであれ、行動に移そう。多層PCBのニーズについて我々に相談してほしい。信頼できるPCBメーカーだ。