PCB技術 - PCBマルチ基板の設計性能について

PCBマルチ基板の設計性能の多くは単基板や二重基板と似ており、つまり、過小な空間で回路を充填することを回避し、非現実的な公差、高内層容量をもたらし、製品品質の安全を危うくする可能性さえある。そのため、性能規範は内部回路の熱衝撃、絶縁抵抗、溶接抵抗などの完全な評価を考慮しなければならない。以下に、マルチ基板設計において考慮すべき重要な要素を説明する。

機械設計要素

機械設計には、適切な板サイズ、板厚、板積み、内銅管、アスペクト比などを選択することが含まれます。

板材寸法

アプリケーション要件、システムボックスのサイズ、回路基板メーカーの制限、製造能力に基づいて基板サイズを最適化する必要があります。基板が少なく、多くのコンポーネント間の回路経路が短いなど、大型回路基板には多くの利点があります。これにより、より高速な動作速度を得ることができ、各PCB基板にはより多くの入力と出力接続を行うことができるので、多くのアプリケーションでは、大型回路基板が優先すべきです。たとえば、パソコンでは、より大きなマザーボードが表示されます。しかし、大型PCBボード上の信号線レイアウトの設計はさらに困難であり、より多くの信号層や内部配線や空間が必要であり、熱処理の難しさもより大きい。そのため、設計者は標準板の寸法、製造設備の寸法、製造工程の制限など、さまざまな要素を考慮しなければならない。1 PC-D-322では、標準的なプリント基板/基板サイズを選択するためのガイドがいくつか提供されています。

板材の厚さ

マルチ基板の厚さは、信号層の数、電源基板の数と厚さ、高品質パンチとメッキに必要な開口と厚さのアスペクト比、自動挿入に必要な素子ピンの長さ、使用する接続タイプなど、多くの要素によって決定されます。回路基板全体の厚さは、PCBの両側の導電層、銅層、基板の厚さ、およびプリプレグ材料の厚さからなる。合成多基材上では厳しい公差を得ることは難しく、約10%の公差基準が合理的と考えられている。

板材の積み付け

PCB板の変形の可能性を最大限に低減し、平坦な完成品板を得るためには、複数の基板の階層は対称であるべきである。すなわち、偶数の銅層を有し、銅の厚さと板層の銅箔パターン密度が対称であることを確保する。一般に、積層板のための建築材料（例えば、ガラス繊維布）の半径方向は、積層板の側面と平行でなければならない。積層板は接合後に半径方向に収縮するため、回路基板のレイアウトを歪め、可変性と低寸法安定性を示す。

しかし、設計を改良することにより、多基板の反りや変形を最小化することができる。銅箔の全層にわたる均一な分布、および多基板構造の対称性、すなわちプリプレグ材料の分布と厚さが同じであることを確保することにより、反りと変形を低減する目的を達成することができる。銅と積層層層体は、多層基板の中心層から最外層までの2層でなければならない。2つの銅層間の所定の最小距離（誘電体厚）は0.080 mmである。

経験から分かるように、2つの銅層間の最小距離、すなわち接着後のプリプレグ材料の最小厚さは、少なくとも埋め込み銅層の厚さの2倍でなければならない。言い換えれば、2つの隣接する銅層のそれぞれの厚さが30オングストロームであれば、プリプレグ材料の厚さは少なくとも2（2×30オングストローム）＝120オングストロームである。これは、2層のプリプレグ材料（ガラス繊維編み織物）を使用することによって達成することができる。典型的な値は1080）である。

内部銅箔

最も一般的な銅箔は1オンス（平方フィート表面積1オンス銅箔）である。しかし、密度の高いPCBボードでは、厚さが極めて重要であり、厳格なインピーダンス制御が必要である。このPCBボードを使用する必要があります

0.50 z銅箔電源平面と接地平面の場合は、2オンス以上の銅箔を選択することが望ましい。しかし、重い銅箔をエッチングすると制御性が低下し、所望の線幅とピッチ公差のパターンを実現するのは容易ではない。そのため、特殊な加工技術が必要です。

穴

素子ピン直径または対角線寸法に応じて、めっき孔の直径は通常0.028〜0.010 inの間に維持され、溶接をより良くするために十分な体積を確保することができる。

アスペクト比

アスペクト比は、プレートの厚さと穴の直径の比です。3：1は標準的なアスペクト比であると考えられるが、通常は5：1のような高アスペクト比も用いられる。アスペクト比は、ドリル、スラグ除去、エッチングバック、電気めっきなどの要素によって決定することができる。貫通孔は、アスペクト比を製造可能な範囲内に維持する場合にできるだけ小さくしなければならない。

電気設計要素

マルチ基板は高性能で高速なシステムである。より高い周波数では、信号の立ち上がり時間が減少するため、信号反射と回線長制御が重要になる。マルチ基板システムでは、電子部品の制御可能なインピーダンス性能に対する要求が非常に厳しく、設計は上記の要求を満たす必要がある。インピーダンスを決定する要因は、基板とプリプレグ材料の誘電率、同一層上のリード線の間隔、層間誘電体の厚さ、銅導体の厚さである。高速応用では、マルチ基板における導体の積層順序と信号網の接続順序も重要である。誘電率：基板材料の誘電率はインピーダンス、伝搬遅延、容量を決定する重要な要素である。ガラスエポキシ基板及びプリプレグ材料の誘電率は、樹脂含有量のパーセンテージを変えることにより制御することができる。

エポキシ樹脂の誘電率は3.45、ガラスの誘電率は6.2である。これらの材料のパーセンテージを制御することにより、エポキシガラスの誘電率は4.2〜5.3に達することができる。基板の厚さは誘電率を決定し制御するための厚さである。説明がうまい。

比較的低い誘電率を有するプリプレグ材料は、無線周波数及びマイクロ波回路に好適である。無線周波数とマイクロ波周波数では、低い誘電率による信号遅延が低い。基板において、低損失因子は電気損失を最小化することができる。

プリプレグ材料ROR 4403はPCB社製の新型材料である。この材料は、標準的なマルチ基板（FR−4材料）構造で使用される他の基板（例えば、マイクロ波パネルで使用されるRO 4003またはRO 4350）と互換性がある。