PCB スタックアップの設計ガイドライン

人々はエレクトロニクス製品に多機能を期待しています, 小さくて持ち運び可能であることも必要です, 回路基板設計者に新たな課題をもたらします. これを達成するために, デザイナーが頼る 多層PCB, より多くの信号と電子回路のためのスペースを増やし、より優れた機能を可能にします. しかしながら, 成功 PCBデザイン PCBスタックアップを慎重に検討することにかかっています. この重要なコンポーネントは、回路基板の性能に直接影響します, 信頼性, 費用, および製造可能性. 記事上で, PCBスタックアップ設計に関するガイダンスが見つかります, ルールを含む, 提案, スタックアップ設計をより適切に完成させるのに役立つ例.

PCBスタックアップとは?

PCBスタックアップとは、プリント回路基板を構成する銅と絶縁層の配置を指します. 典型的な PCB スタックアップは、銅と絶縁材料の交互層で構成されています, プリプレグやコア層など. 銅層には回路が含まれており、ボード上の電子信号の導電経路として機能します。.

PCB スタックアップは基板設計の重要な側面であり、基板の電気的特性を決定します, シグナルインテグリティを含む, 配電, そして 電磁両立性 (EMC). また、ボードの機械的および熱的特性にも影響を与えます. PCB スタックアップで使用される層の数は柔軟であり、回路の複雑さと特定の設計の前提条件によって決定されます。.

2 層 PCB スタックアップは、最も単純で最も一般的なものです。, ただし、高密度設計では、必要なコンポーネントと配線に対応するために 4 つ以上のレイヤーが必要になる場合があります. 設計者は、設計プロセス中に PCB スタックアップを慎重に検討して、基板が必要な電気的および機械的要件を満たしながら、製造の費用対効果が高いことを確認する必要があります。. 適切なスタックアップ設計により、信号損失を最小限に抑えることができます, 電磁干渉を減らす, 安定した配電網を提供します, より信頼性が高く高性能な回路基板を実現.

PCB スタックアップの設計ルールとヒント

優れたスタックアップを管理するには、何百ものルールと基準に従う必要があります, しかし、最も重要なもののいくつかは:

1. グランド プレーン ボードは、マイクロストリップまたはストリップライン構成での信号ルーティングを可能にするため、推奨されるオプションです。, その結果、グランドインピーダンスとグランドノイズレベルが低下します.
2. 高速信号の輻射を防ぐには, 異なるレベル間の中間層でそれらをルーティングすることが重要です, グランドプレーンをシールドとして使用しながら.
3. 信号層は互いにできるだけ近くに配置する必要があります, 隣接する平面にいる場合でも, そしていつも飛行機の隣に.
4. 複数のグランドプレーンを持つことは、ボードのグランドインピーダンスを下げて放射を減らすので有益です.
5. 電源プレーンとグランド プレーンを強力に結合することが重要です。.
6. 変形を避けるために、機械的な観点から断面をお勧めします.
7. 信号レベルが平面レベルに近い場合, グランドまたは電源のいずれか, リターン電流は隣接するプレーンを通って流れる可能性があります, リターンパスのインダクタンスを減らすのに役立ちます.
8. ノイズと EMI 性能を改善するには, 実行可能な方法は、信号層と隣接するプレーンの間の絶縁の厚さを減らすことです.
9. 電気的特性に基づいて材料を選択する場合, 機械式, および熱特性, 各信号層の厚さを考慮することが重要です, 標準的な厚さとさまざまなタイプのプリント回路材料の特性を考慮に入れる.
10. スタックアップの設計には高品質のソフトウェアを使用する必要があります, ライブラリから適切な材料を選択し、それらの寸法に基づいてインピーダンス計算を実行する.

推奨される材質と厚さ

PCB スタックアップの 3 つの主要コンポーネントは銅です, 絶縁, とグランドプレーン. そして、それぞれの材料オプションと厚さは、その性能特性を決定する上で重要な役割を果たします.

• 銅層

利用可能な銅の種類は複数あります, それぞれ独自の融解温度を持つ, 電気伝導性, と熱膨張率. 銅の選択は、通常、設計要件に基づいています。. 銅層を厚くすると、設計の全体的な堅牢性が向上することに注意してください。, ボードのコストも増加します.

• 断熱層

FR-4 エポキシ, ガラスエポキシ, パリレンコーティングされた材料は、PCB で最も頻繁に使用されるタイプの絶縁材料です。. 適切な断熱材の選択は、アプリケーション環境に依存します。. EMIシールドを強化し、ボードの耐久性を向上させる, できるだけ厚い断熱層を使用することをお勧めします. しかしながら, 断熱層が厚すぎる場合, トレースとビアの品質に影響を与える可能性があります.

• グランドプレーン層

銅とニッケルは、最も広く使用されているグランド プレーン材料です。. グランドプレーンの材料の選択は、設計要件とはんだマスクのタイプに基づいています. グランドプレーンの推奨厚さは 0.1 mmと 0.25 んん. グランドプレーンが厚いほど性能は向上しますが、, また、ボードのサイズの増加にもつながります。.

PCB スタックアップの設計例

• 4 レイヤー PCB スタックアップ

標準的な 4 層 PCB スタックアップは、通常、ボードの中央に厚いコア層を備えています。, 2 つの薄いプリプレグ層に囲まれています, 主に信号とコンポーネントの実装に使用される表面層. 内層は、多くの場合、電源ネットとグランド ネット専用です。. スルーホールビアは、レイヤー間の接続を提供するために一般的に使用されます. 露出したパッドを備えたはんだマスクが外層に適用され、SMD およびスルーホール コンポーネントの実装が可能になります。.

• 6 レイヤー PCB スタックアップ

6 層 PCB スタックアップの設計は、4 層設計の設計に匹敵します。, ただし、プレーン間に配置された2つの追加の信号レイヤーがあります, その結果、高速信号に最適な 2 つの埋め込み層と、低速信号のルーティングに適した 2 つの表面層が得られます。. 信号層を隣接するプレーンの近くに配置し、より厚いセンター コアを使用して、必要な基板の厚さを実現します。 (例えば, 62 ミル) EMI性能を大幅に改善できます.

• 8 レイヤー PCB スタックアップ

8 層 PCB スタックアップの場合, 設計には、電磁両立性を高めるために、少なくとも 3 つの電源/グランド プレーンを含める必要があります。 (EMC) EMI関連の問題を最小限に抑えます. PCBエンジニアと設計者は通常、スタックアップ配置を設計する際に回路の要件を考慮します.

結論

PCBスタックアップ設計は、電子技術者と設計者の両方にとって重要な側面です. 高品質なエレクトロニクスを生み出すために, さまざまな要因を考慮する必要があります. 適切に設計された PCB スタックアップがなければ, 最終製品の品質と性能が大幅に低下する可能性があります. したがって, 設計者が慎重に行うことが重要です 適切な PCB 材料を選択する 最適な結果を得るための構造. PCBスタックアップ設計の専門知識が不足している場合, PCB設計の専門家と協力することを検討してください. PCBチーム MOKOテクノロジー 複雑なスタックアップの設計に豊富な経験があります, 多層および HDI スタックアップを含む. すべての電気的要件を満たす、費用対効果が高く製造可能なスタックアップの設計を支援します。.