多層PCBの定義
一般的に、PCB基板には片面基板、両面基板、多層基板があります。ラジオなどのシンプルな電気製品であれば、片面基板で十分です。しかし、時代の発展に伴い、多機能・小容量の電子製品では、片面基板や両面基板では要求を完全に満たすことが難しくなり、多層基板の使用が必須となっています。多層基板には、実装密度が高く、小型であること、電子部品間の接続が短く、信号伝送速度が速く、配線が便利であること、優れたシールド効果など、多くの利点があります。
多層PCB基板の層数に制限はありません。現在では100層を超える多層PCB基板があり、一般的には4L基板や6L基板が挙げられます。では、多層PCB基板は片面PCBや両面PCBと比べて、どのような層で構成されているのでしょうか？それぞれの意味と用途は何でしょうか？一緒に見ていきましょう。
信号層
信号層は、上層、中層、下層に分かれており、主に各種部品を配置したり、配線や溶接を行うために使用されます。
内部プレーン層
内部プレーン層（内部電源層とも呼ばれる）は、電源ラインとグランドラインのレイアウト専用です。このタイプの層は多層PCB基板にのみ使用されます。一般的には信号層と内部電源／グランド層の数に応じて、4層、6層、XNUMX層基板と呼ばれます。
機械層
メカニカル層は、多層PCB基板全体の外観を定義します。実際、メカニカル層とは、多層PCB基板全体の外観構造を指します。メカニカル層は一般的に、基板の物理的な寸法線、データ、ビア情報など、基板の製造および組み立て方法に関する指示情報を配置するために使用されます。これらの情報は、設計会社やPCBメーカーの要件によって異なります。さらに、メカニカル層は他の層と接続して、同時にディスプレイを出力することができます。
ソルダーマスクレイヤー
多層PCB基板において、緑色のソルダーレジストオイルを塗布する部分を指します。実際には、ソルダーレジスト層は負の出力を使用しているため、ソルダーレジスト層の形状を基板にマッピングした後、ソルダーレジストに緑色のオイルを塗布するのではなく、銅箔を露出させます。通常、銅箔の厚さを増やすには、ソルダーレジストから緑色のオイルを除去し、その後、錫を添加して銅箔の厚さを増やします。
マスクレイヤーを貼り付け
その機能はソルダーレジスト層と似ていますが、機械溶接における表面実装部品のパッドに対応するという点が異なります。この時点では、ソルダーレジスト層とペーストマスク層の概念について、まだ皆さんは混乱されているかもしれません。まとめると、次のようになります。
役割：
① ソルダーレジスト層は主にPCB銅箔が直接空気にさらされるのを防ぎ、保護の役割を果たします。
②ペーストマスク層はステンシルメッシュを作成するために使用され、ステンシルメッシュははんだ付けするSMDパッドにはんだペーストを正確に配置することができます。
差：
① ソルダーレジスト層とは、溶接を可能にするためにソルダーレジストグリーンオイル全体に窓を開けることを意味します。
② デフォルトでは、はんだマスクのない領域はすべてグリーンオイルでコーティングされている必要があります。
③SMDパッケージングにはんだフラックス層が使用されます。
立ち入り禁止レイヤー
基板上で部品や配線を効果的に配置できる領域を定義するために使用します。このフロア上に配線の有効領域として閉じた領域を描画します。この領域外への自動配置や配線は行えません。
シルクスクリーンレイヤー
シルクスクリーン層は主に、部品のアウトラインやマーキング、さまざまな注釈シルクスクリーンなどの印刷情報を配置するために使用されます。通常、マークされたあらゆる種類のシルクスクリーンは上部のシルクスクリーン層にあり、下部のシルクスクリーン層は閉じることができます。
多層
回路基板の上部パッドと貫通ビアホールは、多層PCB基板全体を貫通し、異なる導電パターン層と電気的接続を確立する必要があるため、システムでは特別な抽象多層構造を設定します。通常、パッドとビアは多層構造上に配置する必要があり、この層が閉じられているとパッドとビアは表示されません。
ドリルレイヤー
ドリリング レイヤーは、回路基板の製造プロセスにおけるドリリング情報を提供します (たとえば、パッドとビアをドリリングする必要がある)。
システム
作業レイヤーは、設計ルール違反の情報を表示するために使用されます。
多層PCB設計
1. 基板の形状、サイズ、層数の決定 多層PCB基板は、他の構造部品との組み立てという課題を抱えています。そのため、多層PCB基板の形状とサイズは製品全体の構造に基づいて決定する必要があります。しかし、生産技術の観点からは、組み立てを容易にし、生産効率を向上させ、人件費を削減するために、基板は可能な限りシンプルに、一般的には縦横比が長方形にする必要があります。
層数は、回路性能、基板サイズ、回路密度などの要件に応じて決定する必要があります。多層PCB基板では、4L基板と6L基板が最も広く使用されています。4L基板を例に挙げると、XNUMXつの導体層（部品面とはんだ付け面）、XNUMXつの電源層、XNUMXつのグランド層で構成されます。
多層 PCB 基板の層は対称である必要があり、銅層が 4 層、6 層、8 層など均一であることが最適です。非対称の積層のため、特に表面実装型多層 PCB 基板では基板表面が反りやすくなるため、より注意を払う必要があります。
2. コンポーネントの位置と向き 回路のトレンドに対応するため、部品の位置と配置方向は、まず回路原理の観点から検討する必要があります。配置の合理性は多層PCB基板の性能に直接影響を及ぼし、特に高周波アナログ回路では、より厳格な部品の配置と配置が求められます。
部品の適切な配置は、ある意味では多層PCB設計の成功を示す指標です。したがって、多層PCB基板のレイアウトを設計し、全体のレイアウトを決定する際には、回路原理を詳細に分析し、まず特殊部品（大規模IC、高出力トランジスタ、信号源など）の配置を決定し、その後、干渉要因を回避するように他の部品を配置する必要があります。
一方、多層PCB基板全体の構造を考慮し、部品の不均一な配置や乱雑さを避ける必要があります。これは多層PCB基板の美観を損なうだけでなく、組み立てやメンテナンスにも大きな不便をもたらします。
3. 配線レイアウトと配線エリアの要件 一般的に、多層PCB基板の配線は回路機能に応じて行われます。外層配線では、溶接面の配線を多くし、部品面の配線を少なくすることが求められます。これは、多層PCB基板のメンテナンスやトラブルシューティングに役立ちます。
干渉を受けやすい細く密集した配線や信号線は、通常、内層に配置されます。内層と外層に広い面積の銅箔を均一に塗布することで、基板の反りを低減し、電気めっき時に表面のコーティングをより均一にすることができます。
形状加工やプリント配線、機械加工などによる層間の短絡を防止するために、内側配線領域と外側配線領域の導電パターンと基板端との距離は 50mil 以上である必要があります。
4. 配線方向と線幅の要件 多層 PCB ボードの配線では、電源層、グランド層、信号層を分離して、電源、グランド、信号間の干渉を減らす必要があります。
隣接する2枚の多層基板の配線は、基板の層間結合と干渉を低減するため、平行配線ではなく、可能な限り直交、傾斜、または湾曲させる必要があります。また、特に小信号回路では、配線は可能な限り短くする必要があります。配線が短いほど、抵抗が小さくなり、干渉も小さくなります。
同一フロア内の信号線は、方向転換時に鋭角を避ける必要があります。配線幅は、回路の電流およびインピーダンス要件に応じて決定する必要があります。電源入力線は太く、信号線は比較的細くする必要があります。
一般的なデジタルボードの場合、電源入力ラインの線幅は 50 ～ 80 ミル、信号ラインの線幅は 6 ～ 10 ミルになります。
配線時には、インピーダンス整合に役立つ配線の急激な太さや細さを避けるために、線幅を可能な限り一定にすることにも注意する必要があります。
5. 掘削穴のサイズとパッドの要件 多層PCB基板上の部品の穴サイズは、選択した部品のピンサイズと関連しています。穴あけ穴が小さすぎると、デバイスの取り付けやはんだ付けに影響します。一方、穴あけ穴が大きすぎると、溶接時に溶接点が十分に満たされません。一般的に、部品の穴径とパッドサイズの計算方法は次のとおりです。
※部品穴の直径 = 部品ピンの直径（または対角線）+（10〜30ミル）
※エレメントパッド径 ≥ エレメント穴径 +18mil
ビアホール径は、主に完成基板の厚さによって決定されます。高密度多層基板の場合、一般的には基板厚さ：ビアホール径≦5：1の範囲で制御する必要があります。
VIAPAD の計算方法は、ビア パッド径 ≥ ビア径 +12mil です。
6. 内部プレーン層、グランド層パーティションの要件 多層PCB基板には、少なくとも20つの電源層と80つのグランド層があります。多層PCB基板上のすべての電圧は同じ電源層に接続されているため、電源層は分割して分離する必要があります。一般的に、分割線のサイズはXNUMX～XNUMXミルです。電圧が高いほど、分割線は太くなります。
溶接工程において、信頼性を高め、大面積の金属の熱吸収によって発生する仮想溶接を低減します。
絶縁パッドの開口部 ≥ 掘削開口部 +20mil
7. 安全な間隔の要件 安全距離の設定は、電気安全の要件を満たす必要があります。一般的に、外部導体の最小間隔は4ミル以上、内部導体の最小間隔は4ミル以上である必要があります。配線が可能な条件下では、間隔は可能な限り広くする必要があります。これにより、完成品率が向上し、完成基板の故障といった潜在的なトラブルを軽減できます。
8. ボード全体の耐干渉能力を向上させます。 多層PCB設計では、基板全体の耐干渉性能にも配慮する必要があります。一般的な方法は以下の通りです。
各 IC の電源とグランドの近くにフィルタ コンデンサを追加します。容量は通常 473 または 104 です。
多層 PCB 上の敏感な信号については、付随するシールド線を別途追加し、信号源近くの配線は可能な限り少なくする必要があります。
適切な接地点を選択してください。
