A 多層PCB 基板は3枚以上の導電性銅箔から作られ、それらは絶縁層を挟んで接着・積層されています。 ビア 層間の電気的接続を実現します。これにより、様々なサイズの複雑なPCBを製造できます。
電子製品は時代とともに高度化しており、高度なPCBが求められています。従来のPCBには、クロストーク、ノイズ、浮遊容量といった問題がありました。そのため、いくつかの設計上の制約に従う必要がありました。しかし、これらの設計上の制約により、単層PCBでは満足のいく性能が得られませんでした。そこで、メーカーは多層PCBを開発しました。
多層PCB基板は、現代の電子機器で人気が高まっています。様々なサイズが用意されているため、様々な用途に使用できます。多層PCB基板は3層から50層まであります。ただし、奇数層では回路の歪みが生じる可能性があるため、通常は偶数層で使用されます。一般的な用途では、これらのPCBは12層以下で十分ですが、特殊な用途では最大100層になることもあります。ただし、これはコスト効率を低下させるため、非常にまれです。
多層PCB基板は他の基板よりも優れている
多層PCB基板を単層または二層PCB基板と比較すると、多層PCB基板の利点がより顕著に現れます。ここでは、そのいくつかを見ていきましょう。
より高い組立密度
単層PCBは表面積の制約により密度が制限されます。しかし、多層PCBでは層を重ねることで密度を何倍にも高めることができます。そのため、機能、速度、容量を向上させながら、基板サイズを縮小することが可能です。
小さいサイズ
多層PCB基板は、単層PCB基板に比べてサイズが小さくなります。単層PCBの表面積を増やすには、基板のサイズを大きくするしかありません。しかし、多層PCB基板は層を増やすことで表面積を増やすことができます。そのため、基板全体のサイズを小さくすることができます。そのため、非常に小型の電子機器にも多層PCB基板を使用することができます。
軽量化
多層PCB基板は、多数の部品をシームレスに統合できるため、必要なコネクタの数が少なくなります。そのため、多層PCB基板は軽量で、複雑な電子アプリケーションに最適です。多層PCB基板は単層PCBと同じ機能を備えていますが、接続数が少なく、軽量です。これは、全体の重量が重視される小型デバイスにおいて実証されています。
機能強化
多層PCB基板は単層PCBよりも高性能です。インピーダンスが制御され、設計品質が向上し、EMIシールドも強化されているため、単層PCBに比べて多くの成果を達成できます。
多層PCB基板には依然としていくつかの制限がある
多層PCB基板には多くの利点がある一方で、いくつかの限界もあります。そのため、それらについても検討する必要があります。
より高いコスト
多層PCB基板の製造は、二層や単層PCBに比べてコストが高くなります。多層PCB基板の設計は難しいため、起こり得る問題の解決に時間がかかります。製造プロセスが複雑なため、人件費も高くなります。さらに、多層PCB基板の製造に使用する設備も少々高価です。
複雑な生産
多層PCB基板は製造が難しく、高度な製造技術が求められます。そのため、設計や製造工程に小さな欠陥があると、多層PCB基板は使い物にならなくなってしまう可能性があります。
高度なスキルを持つ人材の必要性
多層PCB基板の製造には、広範囲にわたる設計が必要です。経験不足の場合、製造は非常に困難になる可能性があります。多層基板では、異なる層間の相互接続が不可欠ですが、インピーダンスの問題やクロストークを回避する必要があります。設計上のたった一つの欠陥が、PCBの機能不全につながる可能性があるため、細心の注意を払う必要があります。
生産時間
複雑性が増すにつれて、製造工程も増えます。これは多層PCB基板の回転率に影響します。多層PCB基板の製造にはかなりの時間を要するため、発注から納品までの待ち時間が長くなります。
多層PCB基板の設計に関するヒント
効率的な多層PCB基板の設計には、細心の注意と集中力が必要です。そこで、設計プロセスに役立つヒントをいくつかご紹介します。
ボードサイズ
基板サイズを最初に決めれば、多層PCB基板の他の要素を決定する際の制約条件が得られます。最適な基板サイズは、部品のサイズと数によって異なります。また、基板の実装位置、間隔の許容範囲、ドリル穴、クリアランスにも左右されます。
レイヤー設計
PIN密度は、基板に必要な層数を決定する際に役立ちます。層設計においては、特に制御インピーダンスや固定インピーダンスを使用する場合は、インピーダンス要件を考慮する必要があります。
VIASの選択
基板に選択するビアは製造の複雑さに影響し、多層PCB基板の品質にも影響を及ぼします。
材料の選択
基板の製造に使用する材料は、層ごとに選定する必要があります。ただし、その材料が良好な信号整合性とグランドプレーンの分布を可能にすることを確認する必要があります。
製造プロセスの最適化
設計上の決定は、多層PCB基板の性能に影響を与えます。クリアランス、はんだマスク、ドリル穴のサイズ、配線パラメータなどを慎重に選択する必要があります。これらはすべて、製造プロセスに大きな影響を与えます。
多層PCB基板の厚さ規格
かつてのPCBの標準的な厚さは1.57mm（0.063インチ）でした。これは、基板が合板だったため標準化されていました。しかし、多層PCBの開発が始まると、層間のコネクタの厚さも考慮する必要があり、必要な厚さは変動するようになりました。しかし、一般的な標準は0.008インチから0.240インチです。お客様のニーズや用途に応じて、PCBの厚さをお選びいただけます。
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