多層基板設計の考慮事項

多層基板設計の考慮事項

多層回路基板の設計性能は、単層基板または二層基板と同様です。 回路の合理的なレイアウトに注意を払い、内層容量、絶縁抵抗、溶接抵抗、製品の安全性などを考慮してください。 以下の内容は、主に多層基板の設計において考慮すべき重要な要素を、電気的要因と機械的要因の観点から説明しています。

1、機械設計要因

機械設計には、適切なプレートの厚さ、プレートの積層、プレートのサイズ、内側の銅シリンダー、アスペクト比などの選択が含まれます。

1.板厚

マルチベースプレートの厚さは、信号層の数、電源基板の数と厚さ、高品質の穴あけと電気メッキに必要な開口部と厚さのアスペクト比、コンポーネントの長さなど、多くの要因によって決まります。 自動挿入に必要なピン、および使用される接続のタイプ。 回路基板全体の厚さは、導体層、銅層、基板の厚さ、および基板の両面のプリプレグの厚さで構成されます。 複合マルチ基板では厳密な公差を求めることは難しく、公差基準の10%程度が妥当とされています。

2. プレートの積層

プレートの歪みの可能性を最小限に抑え、平らな仕上げプレートを得るために、マルチベースプレートの剥離は対称でなければなりません。 すなわち、銅層の数が偶数であり、銅の厚さがシート層の銅箔パターン密度と対称になるようにします。 一般に、ラミネートに使用される構成材料 (グラスファイバークロスなど) の半径方向は、ラミネートの端と平行でなければなりません。 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がゆがみ、ばらつきがあり、空間安定性が低くなります。 ただし、マルチ基板の反りや歪みは、設計を改善することで最小限に抑えることができます。 反りや歪みを低減する目的は、銅箔を層全体で平均的に分布させ、複数の基板の構造を対称にすること、つまりプリプレグ材料の分布と厚さを同じにすることで達成できます。 銅と圧延層は、マルチ基板の中央層から最外層 2 層までとします。 2 つの銅層の間の指定された最小距離 (誘電体の厚さ) は 0.080mm です。 2 つの銅層間の最小距離、つまり接合後のプリプレグの最小厚さは、埋め込まれた銅層の厚さの少なくとも 2 倍でなければならないことが経験から知られています。 換言すれば、隣接する２つの銅層の各層の厚さが３０μｍである場合。 プリプレグの厚さは、少なくとも 2 (2 x 30 μ m) = 120 μ m とします。これは、プリプレグ (ガラス繊維) を 2 層使用することで実現できます。

3.プレートサイズ

基板のサイズは、アプリケーションの要件、システム ボックスのサイズ、回路基板メーカーの制限、および製造能力に従って最適化する必要があります。 大型の回路基板には、基板の数が少なく、多くのコンポーネント間の回路パスが短いなど、多くの利点があり、動作速度を向上させることができます。 さらに、各ボードには、より多くの入出力接続を持たせることができます。 したがって、多くのアプリケーションでは大型の回路基板が好まれます。 例えば、パソコンでは大型のマザーボードが見られます。 しかし、信号層や内部配線やスペースを多く必要とする大型基板では、信号線のレイアウト設計が難しく、熱処理も困難です。 したがって、設計者は、標準基板のサイズ、製造装置のサイズ、製造プロセスの制限など、さまざまな要因を考慮する必要があります。 1PC-D-322 は、標準の PCB サイズを選択するためのガイドラインを示しています。

4. 内部銅箔

最も一般的に使用される銅箔は 1 オンス (表面積 1 平方フィートあたり 1 オンス) です。 しかし、高密度基板の場合、厚さが非常に重要であり、厳密なインピーダンス制御が必要です。 このようなボードを使用する必要があります

0.50z 銅箔。 電源層とグランドプレーンには、2オンス以上の銅箔を選択することをお勧めします。 しかし、銅箔の激しいエッチングは制御性を低下させ、所望の線幅と間隔公差パターンを達成することは容易ではありません。 そのため、特殊な加工技術が必要です。

5.ホール

コンポーネントのピン直径または対角サイズに応じて、メッキされたスルーホールの直径は通常、0.028 0.010 インチの間に保たれ、より良い溶接に十分な体積を確保できます。

6.アスペクト比

「アスペクト比」とは、ボアホールの直径に対するプレートの厚さの比率です。 5:1 のような高さのアスペクト比も一般的に使用されていますが、一般的に 3:1 が標準のアスペクト比であると考えられています。 アスペクト比は、穴あけ、接着剤の残留物の除去、またはバック エッチングや電気めっきなどの要因によって決定できます。 アスペクト比が製造範囲内に維持される場合、ビアは可能な限り小さくする必要があります。

2、 電気設計要因

マルチ基板は高性能・高速のシステムです。 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、信号の反射とラインの長さの制御が重要になります。 マルチサブストレートシステムでは、電子部品の制御可能なインピーダンス性能に対する要件は非常に厳しく、設計は上記の要件を満たす必要があります。 インピーダンスを決定する要因は、基板とプリプレグの誘電率、同一層のワイヤ間隔、層間媒体の厚さ、および銅導体の厚さです。 高速アプリケーションでは、マルチベースプレート内の導体の積層順序と信号ネットワークの接続順序も重要です。 誘電率: 基板材料の誘電率は、インピーダンス、伝搬遅延、静電容量を決定する重要な要素です。 エポキシガラスを使用した基板やプリプレグの誘電率は、樹脂の含有率を変えることでコントロールできます。

誘電率が比較的低いプリプレグは、RF およびマイクロ波回路に適しています。 RF およびマイクロ波周波数では、誘電率が低いために発生する信号遅延は小さくなります。 基板では、損失係数が低いため、電気損失が最小限に抑えられます。

エポキシ樹脂の比誘電率は 3.45、ガラスの比誘電率は 6.2 です。 これらの材料の割合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 に達する場合があります。 基板の厚さは、誘電率を決定および制御するための良い例です。 回路基板アセンブリ、回路基板設計、および回路基板処理メーカーは、設計の電気的および機械的側面から、多層基板の設計で考慮すべき重要な要素について説明しています。