多層 PCB (プリント回路基板) の設計は非常に複雑になる場合があります。 2層以上の設計が必要になるということは、上下面だけでは必要な数の回路を実装できないことを意味します。回路が 2 つの外側層に適合する場合でも、PCB 設計者は、性能上の欠陥を修正するために内部に電源層とグランド層を追加することを決定できます。
熱の問題から複雑な EMI (電磁干渉) や ESD (静電気放電) の問題まで、最適ではない回路パフォーマンスにつながる可能性のあるさまざまな要因が数多くあり、解決して排除する必要があります。ただし、設計者としての最初の仕事は電気的問題を修正することですが、回路基板の物理構成を無視しないことも同様に重要です。電気的に損傷を受けていない基板でも曲がったりねじれたりする可能性があり、組み立てが困難になったり、組み立てが不可能になったりすることがあります。幸いなことに、設計サイクル中に PCB の物理構成に注意を払うことで、将来のアセンブリの問題を最小限に抑えることができます。層間のバランスは、機械的に安定した回路基板の重要な側面の 1 つです。
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バランスの取れた PCB スタッキング
バランス積層とは、プリント基板の層表面と断面構造がともに適度に対称である積層のことです。目的は、製造プロセス中、特にラミネート段階で応力を受けたときに変形する可能性のある領域を排除することです。回路基板が変形すると、平らに置いて組み立てるのが困難になります。これは、自動化された表面実装および配置ラインで組み立てられる回路基板に特に当てはまります。極端な場合には、変形によって、組み立てられた PCBA (プリント基板アセンブリ) の最終製品への組み立てが妨げられることさえあります。
IPC の検査基準では、最もひどく曲がった基板が機器に到達することを防止する必要があります。それにもかかわらず、PCB メーカーのプロセスが完全に制御不能になっていない場合、ほとんどの曲がりの根本原因は依然として設計に関連しています。したがって、最初のプロトタイプを注文する前に、PCB レイアウトを徹底的にチェックし、必要な調整を行うことをお勧めします。これにより、歩留まりの低下を防ぐことができます。
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基板部
設計に関連する一般的な理由は、プリント基板の断面構造がその中心に対して非対称であるため、プリント基板が許容可能な平坦度を達成できないことです。たとえば、8 層設計で 4 つの信号層を使用するか、中央の銅が比較的軽いローカル プレーンとその下の 4 つの比較的堅いプレーンをカバーする場合、スタックの一方の側のもう一方の側に対する応力により、材料がエッチングされた後にエッチングが発生する可能性があります。加熱加圧して積層すると、積層体全体が変形します。
したがって、銅層のタイプ (プレーンまたは信号) が中心に関して反映されるようにスタックを設計することをお勧めします。以下の図では、上下のタイプが一致し、L2-L7、L3-L6、L4-L5 が一致します。おそらくすべての信号層の銅被覆率は同等ですが、平面層は主に固体の鋳造銅で構成されています。この場合、回路基板は平らで平らな表面を完成させる良い機会となり、これは自動組み立てに理想的です。
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PCB 誘電体層の厚さ
スタック全体の誘電体層の厚さのバランスをとることも良い習慣です。理想的には、各誘電体層の厚さは、層の種類が反映されるのと同様の方法で反映される必要があります。
厚みが異なると、製造しやすい材料群を入手することが困難となる場合がある。場合によっては、アンテナ トレースなどの機能が原因で、アンテナ トレースとその基準面の間に非常に長い距離が必要となるため、非対称スタッキングが避けられない場合がありますが、続行する前に必ずすべてを調べて調べ尽くしてください。その他のオプション。不均一な誘電体間隔が必要な場合、ほとんどのメーカーは反りやねじれの許容値を緩和するか完全に放棄するよう要求し、放棄できない場合は作業を放棄することもあります。彼らは、歩留まりの低い高価なバッチをいくつか再構築し、最終的に元の注文数量を満たすのに十分な量の認定ユニットを入手することを望んでいません。
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PCBの厚さの問題
反りやねじれは、最も一般的な品質問題です。スタックのバランスが崩れると、最終検査で時々論争を引き起こすもう 1 つの状況が発生します。回路基板上のさまざまな位置での PCB 全体の厚さが変化することです。この状況は、一見軽微な設計上の見落としによって引き起こされ、比較的まれですが、レイアウトの同じ場所の複数の層で銅のカバレッジが常に不均一である場合に発生する可能性があります。これは通常、少なくとも 2 オンスの銅と比較的多数の層を使用する基板で見られます。何が起こったかというと、基板の 1 つの領域には大量の銅が注入された領域があり、他の部分には比較的銅が含まれていませんでした。これらの層を一緒に積層すると、銅を含む側が一定の厚さになるまでプレスされ、銅のない側または銅のない側がプレスされます。
0.5 オンスまたは 1 オンスの銅を使用するほとんどの回路基板は大きな影響を受けませんが、銅が重いほど、厚さの損失が大きくなります。たとえば、3 オンスの銅の層が 8 層ある場合、銅の被覆率が薄い領域は、合計の厚さの許容値を簡単に下回る可能性があります。これを防ぐには、銅を層表面全体に均一に流し込むようにしてください。これが電気的または重量を考慮して現実的でない場合は、少なくとも軽銅層にメッキされたスルーホールをいくつか追加し、各層に穴用のパッドを必ず含めるようにしてください。これらの穴/パッド構造は、Y 軸上で機械的サポートを提供し、それによって厚さの損失が軽減されます。
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成功を犠牲にする
多層 PCB を設計およびレイアウトする場合でも、実用的で製造可能な全体的な設計を達成するには、電気的性能と物理的構造の両方に注意を払う必要があります。さまざまなオプションを比較検討するときは、弓の変形やねじれた形状によって部品の充填が困難または不可能な場合、完全な電気特性を備えた設計はほとんど役に立たないことに留意してください。スタックのバランスをとり、各層の銅の分布に注意してください。これらの手順により、最終的に組み立てと設置が簡単な回路基板が得られる可能性が高まります。