1～6層基板のPCB厚さ：規格、オンスからミリメートルへの換算表、および選定ガイド

PCBの厚さについて学ぶ

  

プリント基板の厚さとは、基板の上面から下面までの全高を指します。これは、基板や銅などの他の層、ソルダーマスクやシルクスクリーンなどのコーティングの高さによって決まります。プリント基板の厚さは通常、ミリメートルまたはミル（1インチの千分の1）で測定されます。

  

最も一般的なプリント基板の厚さは1.57mm（62mil）です。材料や積層構造によって異なりますが、一般的な許容誤差は約±10%（±0.1mm）です。1.57mmが業界標準となったのは、かつてプリント基板がコンピュータ支援設計プログラムなしで手作業で作られていた時代の歴史的背景によるものです。電子機器がトランジスタ技術や集積回路を使用するようになると、基板は木製の作業台上でブレッドボード技術を用いて設計され、上部の木材が取り除かれ、ベークライト樹脂に置き換えられました。

  

1.57mmの厚さが最も一般的に使用される標準となっていますが、メーカーが提供する選択肢はこれだけではありません。標準の厚さには幅広い種類があります。その他の標準厚さは通常1mmまたは1.5mmの倍数で表され、プリント基板メーカーを含む製造会社から積層型でも提供されています。メートル法を使用する機械設計エンジニアは、1mmの倍数という丸い単位が設計プロジェクトに適していることに気づくでしょう。なぜなら、これらの単位には馴染みのある公差が関連付けられているからです。

  

特定の種類の製品やPCB設計は、標準的な積層厚さに準拠していません。例としては、フレキシブルPCBやリジッドフレキシブルPCB、セラミックコアPCB、メタルコアまたはメタルバックPCB、バックプレーン上に厚い誘電体層を持つPCB、複数の誘電体を順次積層したPCB、プリントインクエレクトロニクス、積層造形PCBなどがあります。これらの種類の製品は、製造に必要な材料が市販されている限り、理論的には任意の厚さを持つことができます。薄い方の端には、通常薄い基板をベース材料として使用するプリントインクエレクトロニクスやフレキシブルPCBがあります。その反対の端には、特に高密度ドーターボードコネクタを使用する場合に非常に厚くなることが多いバックプレーンがあります。

  

銅板厚換算表（オンス→ミリメートル）

  

プリント基板の製造における銅の重量は、通常オンスで表されます。1オンス（28.35グラム）の銅を1平方フィートの面積に広げた場合、得られる厚さは1.37ミル、つまり0.0348ミリメートルになります。この表記方法は、銅箔の供給業者が自社製品を表す際に用いていた方法に由来しています。

  

銅の重量と実際の厚さの換算は、すべての値において一貫した数学的関係に従います。以下は、さまざまな測定単位における銅の厚さの換算表です。

 

oz	ミルズ	インチ	mm	ミクロン
1	1.37	0.00137	0.0348	34.80
1.5	2.06	0.00206	0.0522	52.20
2	2.74	0.00274	0.0696	69.60
3	4.11	0.00411	0.1044	104.39
4	5.48	0.00548	0.1392	139.19
5	6.85	0.00685	0.1740	173.99
6	8.22	0.00822	0.2088	208.79
7	9.59	0.00959	0.2436	243.59
8	10.96	0.01096	0.2784	278.38
9	12.33	0.01233	0.3132	313.18

 

これらの測定値を相互に変換するには、簡単な計算式が必要です。厚さ（ミル）を銅の重量に変換するには、銅の重量（オンス）＝厚さ（ミル）／1.37 となります。逆に、銅の重量を厚さ（ミル）に変換するには、厚さ（ミル）＝銅の重量（オンス）× 1.37 となります。

  

ほとんどのプリント基板では、標準仕様として1オンスの銅箔厚が用いられています。例えば、4オンスの厚さを求める場合は、1オンスの基準値を4倍します。1.37ミル × 4 = 5.48ミル。この計算方法は、設計において遭遇するあらゆる銅箔厚に適用できます。

 

 

一般的な標準基板厚さ

 

 

業界規格では、基板の層数に基づいて厚さの範囲が定められています。1.57mmは層数に関わらず広く使用されていますが、基板の種類によってそれぞれ異なる厚さの範囲が存在します。

 

単層基板の厚さ

  

単層基板は使用できるコア材料の種類が限られているため、基板の厚さも制限されます。非常に薄い基板はコア層が1層しかないため、銅層は最大でも2層までしか使用できません。ほとんどの回路基板において、基板の最小厚さは0.2mmです。ただし、超薄型用途では、さらに薄い基板を製造できる場合もあります。

 

 

2層PCBの厚さ

  

2層基板の最も一般的な厚さは0.6～1.6mmですが、2.0mmや2.4mmといったより厚いものも製造可能です。ほとんどの基板は、2層、4層、6層基板の場合、最終的な厚さが1.6mm（0.063インチ）になります。最終的な厚さが0.062～0.063インチの一般的な2層基板は、0.057インチのコアと、それぞれ厚さ0.0014インチの外層に銅箔が貼られています。

  

4層PCBの厚さ

  

4層積層構造の厚さは通常0.8mmから2.4mmです。標準的な厚さは1.6mmですが、1.2mmも広く使用されています。一般的な1.6mm厚の4層積層構造では、コア層の厚さは約0.8mmから1.0mmで、残りの厚さは2つのプリプレグ層（例えば、0.4mm + 0.4mmまたは0.3mm + 0.3mm）で構成されます。例えば、0.062インチの積層構造では、0.037インチのコア層と2つの0.0091インチのプリプレグ層、または0.047インチのコア層と2つの0.0075インチのプリプレグ層のいずれかを使用できます。実際の厚さは、銅の重量、インピーダンス、および製造工場の能力によって異なります。

  

6層PCBの厚さ

  

6層基板の厚さは通常0.8mmから3.2mmの範囲で、1.6mmが最も一般的に使用されている標準です。用途に応じて厚さが異なります。ノートパソコンやタブレットなどの薄型軽量デバイスには0.8mmから1.0mm、コンパクトな筐体やモジュールには1.2mm、汎用基板には1.6mm、より高い機械的強度や重い部品には2.0mm、さらに高い剛性や高電圧絶縁が必要な用途には2.4mmが使用されます。基板の厚さの公差は一般的に業界標準に従っており、10mm以上の厚さの基板では±1.0%、1.0mm未満の薄い基板では±0.1mmです。薄い基板は使用する材料が少なくなりますが、必ずしもコストが安くなるわけではありません。極端に薄い基板（例えば0.8mm未満）はより厳密なプロセス管理が必要で、不良率が高くなるため、コストが増加する可能性があります。しかし、1.0mmや1.2mmといった一般的な厚さのものは、通常、標準的な1.6mmと同じ価格で販売されている。

  

PCBの厚さの重要性

  

適切な厚みを選択することは、基本的な機械的考慮事項にとどまらず、設計上の様々な側面に影響を与えます。厚みの選択は、電気的、熱的、そして製造上の様々な要素に連鎖的に影響を及ぼすのです。

  

デバイスのパフォーマンス

  

高速処理においては、信号の完全性は基板の厚さにますます敏感になります。厚い基板は層間の間隔を広げ、インピーダンス管理に影響を与えます。高速処理において、通常50オームの均一なインピーダンスが必要となるのは、反射波やデータ破損を防ぐために重要です。インピーダンスの不整合は誘電体の厚さの変化によって生じ、信号の歪みにつながります。

  

機械的安定性に関する特性は、厚みの変化によって大きく異なります。プリント基板の厚みが増すと構造強度が高まり、この特性により、大型基板、頻繁な挿入が必要な接続部、自動車、産業、航空宇宙産業でよく見られる過酷な動作条件での使用に適した基板となります。薄型プリント基板は柔軟性と軽量性に優れているため、小型デバイスやフレキシブル基板／リジッド基板の製造に使用されます。1.6mm厚の基板は曲げに対する安定性に優れていますが、薄型基板は保護されていないと容易に割れる可能性があります。

  

製造プロセス

  

標準的な厚さ1.6mmのプリント基板（PCB）は、依然として最も安価で製造も迅速です。カスタム厚さのPCBは、製造コストと納期が増加します。厚いプリント基板では、ビアやスルーホール用の穴を開けるために、より高精度な工具が必要になります。パネルの厚さが不均一であったり、許容範囲外の値であったりすると、積層時に基板に不均一な圧力がかかり、積層板の剥離や層間接着不良につながります。プリント基板の厚さの違いに応じて、リフローはんだ付けプロファイルを調整する必要があります。たとえば、厚さ2.0mmのプリント基板のリフロー条件は、厚さ1.0mmのプリント基板のリフロー条件よりも長い予熱時間が必要になります。

  

熱放散

  

厚みのある基板は放熱性に優れており、パワーエレクトロニクス用途に有利です。他の条件が一定であれば、厚さ2.0mmの基板は、より薄い基板に比べて部品温度を下げることができます。銅の厚さは熱性能に直接関係します。内層の銅を1オンスから2オンスに増やすと、電力消費部品の温度上昇を周囲温度より50℃から30～35℃に抑えることができます。

  

異なる厚さのプリント基板の特性と用途

  

厚みの異なるカテゴリーは、設置スペースの制約、電力需要、環境条件など、用途に応じた様々な要件に対応します。

  

超薄型PCB

  

超薄型基板は、ポリイミドなどの柔軟な材料を用いて厚さ0.2～0.4mmで製造されます。そのため、可能な限り最高の柔軟性を実現しています。超薄型基板は占有面積が非常に小さいため、ウェアラブル機器、医療機器、マイクロエレクトロニクスでの使用に最適です。中には厚さがわずか0.1mmの基板もあります。スマートフォン、タブレット、ウェアラブル機器は、超薄型基板を使用することでスペースを節約し、軽量化を図ることができます。例えば、スマートウォッチでは、厚さ0.4mmの基板が使用されています。同様に、医療機器や診断機器では、カテーテル、ペースメーカー、内視鏡などに装着する際に薄型基板が使用されます。ただし、薄型基板は曲げ圧力に弱い場合があります。

  

中級薄型プリント基板

  

厚さ1.0mm～1.2mmの中厚基板は、適度な耐久性と4～6層の構成を必要とする用途に適しています。産業用制御機器や通信機器などでよく使用されます。薄型基板に比べて機械的安定性が向上し、かつ適度なコンパクトさを維持しています。

  

より厚いPCB

  

厚銅基板は、銅の厚さが100～500μm以上、具体的には70μm（2オンス）以上の基板を指します。これらの基板は、自動車用バッテリー管理システム、電源コンバータ、インバータ、航空宇宙用電子機器、太陽光発電用インバータ、産業オートメーションなどの用途で優れた性能を発揮します。また、高い電流容量と優れた放熱性により、再生可能エネルギーシステムやデータセンターにおける高性能コンピューティングにも適しています。  

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PCBの厚さに影響を与える主な要因

  

複数の設計変数が組み合わさって、最終的な基板寸法が決定されます。各コンポーネントがどのように影響するかを理解することで、情報に基づいた設計判断を下すことができます。

  

レイヤースタックアップ構成

  

積層構造によって、コア、銅層、プリプレグの組み立て方が決まります。4層非対称構造と対称構造の2つの設計では、基板の厚さと安定性の両方において、かなり大きな違いが生じる可能性があります。

  

レイヤー番号

  

層数を増やすと全体の寸法が大きくなります。層数を増やすごとにコア材またはプリプレグ材が追加で必要となり、全体の厚みが直接的に増加します。2層から4層に増やすと、通常0.4mmから0.8mmの厚みが増します。

  

基板厚さ

  

コア材は基板の土台となる部分です。FR-4基板は様々な厚さがあり、各メーカーが提供する特定のオプションによって、選択できる厚さの上限が制限されます。

  

プリプレグの厚さ

  

積層すると、プリプレグ層がコア同士の接着を助けます。プリプレグは様々な厚さで提供されているため、銅層間の間隔を微調整することができ、それによってインピーダンスを制御することが可能です。

  

ソルダーマスクの厚さ

  

ソルダーマスクは通常、両面に0.5～1.0ミルの厚さを加えることになります。この量は非常に小さいものの、最終寸法に影響を与えるコーティングであるため、公差を計算する際には考慮に入れる必要があります。

  

PCB銅の厚さ

  

銅の重量は全体の寸法に影響します。標準的な1オンスの銅は1層あたり1.37ミルの厚さを加えますが、2オンスの銅ではこの厚さが2倍になり、それに応じて全体の厚さに影響します。

  

信号およびインピーダンス要件

  

高速信号動作では、各信号層で規定された最小インピーダンス値を維持するために、誘電体層間に特定の間隔を設ける必要があります。多くの場合、信号領域と基準面との間に必要な最小間隔は、これらの要件によって決定されます。

  

動作環境

  

過酷な環境に耐える必要があるため、堅牢な機械的特性は材料の厚みを増すことと関連付けられることが多い一方、携帯型電子機器は軽量化とスペース最適化のために薄い材料を必要とする。

  

設計固有の制約

  

しかし、基板設計によっては、厚さの選択に影響を与える独自の制約条件が存在する場合があります。使用する部品の高さ、コネクタ、ビアの種類（ブラインドビア、埋め込みビアなど）といった制約条件によって、使用可能な厚さの範囲が制限されることがあります。さらに、部品密度が高い設計では薄い基板が必要になる場合があり、一方、大型部品を使用する設計では厚い基板が必要になります。

 

 

PCBの厚さに関する課題

  

公差仕様外の基板を製造すると、単純な寸法誤差にとどまらない問題が生じます。反りやコストへの影響は、設計者と製造者が直面する主な障害です。

  

反りの問題

  

反りとは、基板が本来の直線形状から曲がったりねじれたりする現象を指します。はんだ付けや硬化などの様々な製造工程で発生する熱応力の主な原因は、材料の熱膨張率の違いです。260℃で行われるリフローはんだ付けの場合、FR-4基板に使用される材料の違いによる熱膨張率の違いが内部応力の原因となります。また、銅の含有量の不均衡も反りを悪化させる要因となり、銅含有量の多い側では熱膨張率が異なるためです。

  

反りは、どのような形であれ製造工程に大きな影響を与えます。幅100mmの基板でわずか0.1mmの反りでも、はんだ付けが困難になり、適切な部品を組み立てることができません。BGA部品の場合、基板の対角線寸法の0.75%を超える反りは、組み立て不良の原因となります。ピックアンドプレース自動機は平坦な面を必要とするため、反りがあると部品の位置ずれにつながります。

  

許容範囲と隠れたコスト

  

厚みの許容誤差からの逸脱は、高額な費用につながります。品質面での不適合は、人件費と材料費の増加を招きます。例えば、100個の製品を500ドルで製造し、そのうち半分が許容誤差のために不良品となった場合、製品1個あたりの製造コストは実質的に2倍になります。自動車や航空宇宙産業などの分野では、不適合によって生産ラインの遅延が発生し、罰金が科される可能性があります。当初1万ドルで済むはずだったプロジェクトが、最終的に1万5千ドルに膨れ上がることもあり得ます。

  

公差を無視すると、歩留まりが低下します。通常の生産工程における歩留まりは通常約95%ですが、公差を無視すると80%程度まで低下します。例えば、1,000個の生産を予定しているプロジェクトの場合、歩留まりを15%削減すると、生産量が150個減少することになります。

  

適切なPCB厚さの選び方

  

相反する設計要件のバランスを取るには、体系的な選定プロセスが必要です。構造化されたアプローチに従うことで、性能目標と製造上の現実の両方を満たす厚みの選択が保証されます。

  

アプリケーションとパフォーマンスの要件を定義する

  

まず、基板の部品に必要な性能、使用用途、負荷の仕様を決定します。民生用電子機器では、製造効率と耐久性のバランスが良い1.6mm厚の銅を使用するのが最適です。高出力用途では、効果的な放熱を確保するために、2オンス以上の厚い銅が必要です。一方、高周波用途では、速度を向上させ、伝送損失を低減するために、薄いプリント基板が必要です。

  

部品およびアセンブリの仕様を評価する

  

基板端コネクタは、特定のコネクタモデルに応じて特定の厚さが必要です。コネクタ自体はレイアウトに大きな影響を与えませんが、基板自体の変更を考慮して調整する必要があります。一部の生産ラインでは基板の厚さに制限があるため、自動組立装置との互換性を確認してください。

  

信号の完全性とインピーダンスを評価する

  

プリント基板の厚さは配線のインピーダンスに影響を与え、これは高速（またはRF）設計において重要な要素となります。誘電体材料は信号の整合性を向上させるのに役立ちますが、誘電体が厚くなると、インピーダンスを制御するために配線幅を広くする必要があります。

  

製造可能性と規格の見直し

  

1.0mmや1.6mmといった一般的な厚さの基板は、ほとんどの製造施設で問題なく加工できます。しかし、0.40mm未満の極薄基板や2.0mmを超える極厚基板は、特殊な機械が必要になる場合があります。そのため、1.60mmは入手しやすく、効率的な生産ラインで製造できるため、最もコスト効率の良い選択肢と言えます。

  

コストとリードタイムの​​最適化

  

標準厚さであれば、材料が容易に入手できるため、納期が短縮されます。非標準厚さの場合、材料費が高くなるだけでなく、セットアップ費用が発生する可能性もあります。不必要な出費を避けるためにも、標準厚さを維持することをお勧めします。

  

結論

  

PCBの厚さの選択は、信号性能、熱性能、製造コスト、組み立て効率など、設計プロセスのあらゆる側面に影響を与えます。前述のように、1.6mmの厚さはほとんどの用途で十分であり、他の条件で厚さを変更する必要がある場合にも柔軟に対応できます。PCBの厚さの選択は、常に性能基準と製造基準のバランスを取る必要があります。用途の環境、部品の種類、インピーダンス要件などの要素を考慮する必要があります。高出力用途では厚い銅層が適していますが、スペースに制約のあるデバイスでは薄い基板が好まれます。

  

よくあるご質問

  

標準的な PCB の厚さはどれくらいですか?

  

FR-4基板で最も一般的に使用される厚さは1.6mm（約62ミル）です。この仕様は、家電製品、スマートホーム技術、産業用制御システムなどで広く用いられています。

  

0.6mm以下の超薄型基板は、どのような場合に選ぶべきでしょうか？

  

超薄型回路基板は、スマートフォン、タブレット、ウェアラブル端末、ノートパソコン、無人航空機、ロボットなど、スペースや重量に制約がある用途に適しています。しかし、欠点としては、重い部品を支えるだけの機械的強度に欠ける点が挙げられます。

  

基板の厚さはコストに影響しますか？

  

はい、一般的にPCBの厚みを増すと、使用する材料が増え、製造工程が複雑になるため、コストが増加します。

  

標準以外の厚さを自由に選択できますか？

  

標準以外の厚みではカスタム積層構造が必要となり、歩留まりの低下やコスト増につながる可能性があります。厚みを指定する前に、必ず基板メーカーに製造可能性を確認することをお勧めします。

  

プリント基板の厚さに関する一般的な許容誤差はどれくらいですか？

  

ほとんどのプリント基板メーカーが標準的な厚さに対して許容する公差は±10%です。厚さが極めて薄い場合（0.6mm未満）は、許容公差は約±0.075mmになります。

  

エッジカードコネクタには、どの厚さを選べば良いでしょうか？

  

コネクタのデータシートに特に指定がない限り、適切な接触と挿入性能を確保するため、厚さは1.57～1.6mmが一般的に推奨されます。