PCB技術 - PCB階層設計の概要

PCB階層とは、プリント基板を多層に分割し、各層に異なる回路設計を採用し、現代の電子機器の複雑な回路に対する需要を満たすことを意味する。この設計方法は回路基板の機能を高めるだけでなく、配線の難易度を下げ、単層回路基板では実現しにくい複雑なレイアウトを多層設計で可能にした。

PCB回路基板の階層化原理は、回路レイアウトと機能を最適化するために、特定の誘電体とめっき電気絶縁と相互接続多層を使用する。このような階層設計は電子部品のレイアウトをよりコンパクトにし、回線の交差を減少させ、信号伝送の品質と信頼性を確保し、電磁干渉の遮蔽効果を高めた。

一般に、PCB回路基板は、一般に信号層、電源層、および接地層を含む。信号層は主に信号伝送に用いられ、電源層は回路素子に電力を供給し、接地層は信号と電源との干渉を安定させるために接地平面を形成するために用いられる。いくつかの複雑なアプリケーションでは、クロック層、シールド層などの他の機能層を追加することが考えられる。

PCB階層化の方法

1.階層化プログラム

回路基板を設計する際には、回路基板のニーズと特徴に応じて階層スキームを選択する必要があります。一般的な階層化スキームは次のとおりです。

（1）単板：すべての回路素子は同じ側にあり、簡単な回路に適している。

（2）二重パネル：pcb要素は両側に配置され、中央は穴を通して接続されている。

（3）四層板：外層は信号層で、内層は電源と接地層で、中間は穴を通して接続する。

（4）多層板：信号層、電源層、接地層などから構成され、中間に相互接続層またはビアがある。

2.コンポーネント分布

階層化プロセスでは、回路の実際の必要に応じてコンポーネントをレイアウトする必要があります。コンポーネントの分布は、ソフトウェアによって自動的に調整することも、手動で調整することもできます。レイアウト中は、素子間の距離やインピーダンス整合などの問題に注意する必要があります。

3.配線規則

配線規則の制定はPCB設計の階層化において非常に重要なステップである。配線規則には、回路の整列方向、線幅、間隔、接地、インタフェース、信号完全性などの要素が含まれています。合理的な配線規則は回路基板の性能を高め、回路信号伝送の品質を保証することができる。

積層電子デバイスの存在は、プリント基板の導電性を向上させるのに役立つ。PCBの配線中、導電層は銅などの金属からなり、これらの金属中の層状電子は自由に移動して電流通路を形成することができる。この自由電子移動度はPCBを高周波と高密度電子応用において良好な導電性を示し、それによって現代電子の回路伝送速度に対する要求を満たす。

プリント基板において、積層電子デバイスの活動は導電性に影響するだけでなく、熱管理にも密接に関連している。電子部品は動作中に熱を発生するが、電子部品の層状運動は効率的に放熱し、回路の動作温度を下げることができる。これは、特に高電力および高周波応用環境において、回路基板の安定性を確保し、寿命を延長するために重要である。

多層プリント基板では、層間の接続は一般的にマイクロブラインドとスルーホールの加工に依存しており、層状電子デバイスの自由な移動はこの接続の信頼性をサポートすることができる。層状電子デバイスの性質は、異なる層間を電気信号が伝播する際の安定した伝送を保証する。また、良好な層状電子性能は信号の伝送速度と品質を高め、信号損失を減らすのに役立つ。

pcb階層化に関する考慮事項

1.階層設計の基本原則

多層PCBの設計において、合理的な階層化は非常に重要である。通常、設計には信号層、電源平面、接地平面が含まれます。このような階層化により、電気的性能の安定性と信号の完全性が確保されます。

2.信号線と帰還層のレイアウト

各信号線には、画像レイヤとも呼ばれる対応するリターンレイヤが必要です。これは、信頼性の高い基準レベルを提供し、信号の完全性を確保し、ノイズ干渉を低減するためである。この設計は、信号歪みと反射による問題を低減するために、高速信号伝送を有する回路に特に適している。

3.電源と接地層のレイアウト

電源層と接地層はできるだけ近く、好ましくは互いに隣接しており、これにより電源完全性が向上し、電磁干渉（EMI）が低減される。設計中は、電源層と接地層の間隔に特に注意して、良好な配電と安定した作業環境を確保する必要があります。

4.レイヤー選択

正しい階層数を選択することは、PCBのパフォーマンスを確保するための鍵です。設計要件に基づき、信号完全性、電力分布、電磁干渉制御の要件を満たすために、階層構造を合理的に計画する。多層PCB設計はより高い機能密度を提供することができるが、設計者は性能のバランスと生産の複雑さを必要とする。

5.熱層設計

多層PCBにおいても、熱設計は同様に重要である。適切な熱層は、回路基板内の熱を管理し、温度上昇のリスクを低減し、コンポーネントが通常の温度範囲で動作することを保証するのに役立ちます。これにより、回路基板の寿命が延びるだけでなく、全体的な性能も向上します。

6.材料選択の重要性

PCBを設計する際には、材料の選択も回路の性能に重大な影響を与える。選択した材料が設計の機能要件を効果的にサポートできるようにするためには、材料の電気的、熱的、機械的特性を考慮する必要があります。高品質の材料は回路基板の信頼性と性能を高めることができる。

7.高周波信号の処理

高速または高周波信号を処理する際には、信号層レイアウトとインピーダンスマッチングを慎重に設計して、信号減衰と干渉を防止することが特に重要である。信号層の設計は、短絡を確保し、信号遅延を低減するために、信号伝送路を優先的に考慮しなければならない。

簡単に言えば、PCB階層はプリント基板設計の重要な構成部分であり、その有効性は基板の性能、信頼性、機能拡張に直接影響する。