多層PCBスタックアップの計画方法

多層プリント基板を設計する際には、以下の要素を考慮する必要があります。レイヤー 3 信号のリファレンス・プレーンは通常レイヤー 2 と 5 にある。レイヤー4で配線される信号は、これらのリファレンス・プレーンを使用する。リファレンス・プレーンが信号層から遠い層にある場合、幅の広いトレースを使用する必要がある。このタイプのトレースは、レイヤーの共通インピーダンスが50O以上の場合にのみ可能である。

レイヤースタックマネージャーの使用

多層プリント基板のスタックアップを作成する前に、まず使用する技術の種類を決定する必要があります。そうすることで、必要なレイヤーの数と各レイアウトを決定することができます。次に、ソフトウェアまたはコンピュータ支援設計を使用して回路図を作成します。こうすることで、レイアウトをテストし、機能的であることを確認することができます。次のステップは、接続のタイプを含め、各コンポーネントをどのように配置するかを決定することです。

プリント基板の層数は多ければ多いほど良い。層が多いほどエネルギーの流れが良くなり、電磁干渉が減るからです。また、層が多いほど、1枚の基板により多くの電子回路を配置することができます。

複数のグランドプレーンを使用

PCBスタックアップ設計の最初のステップは、層数を決定することです。次に、内層をどこに配置し、層間の信号をどのように分配するかを決めます。正しい計画に従うことで、配線と製造コストを最小限に抑えることができます。

信号層はグランドプレーンに隣接していなければならない。これは輻射とグランドインピーダンスの低減に役立つ。また、パワー・プレーンとマス・プレーンは結合されていなければならない。この目標を達成するために、多層 PCB のスタックアップの最良のモードは 8 層スタックアップである。しかし、アプリケーションのニーズに応じて構成を調整することができる。

多層プリント基板の積層設計で重要なのは、電源層と信号層の配置である。層の順番は、基板上のループからの放射に影響するため、非常に重要である。したがって、任意の順序で層を配置することは避けることが重要です。

お辞儀とツイスト

多層 PCB のスタックアップを計画する場合、対称銅の重量だけでなく、反りやねじれを考慮することが重要です。また、コアの厚みやプリプレグを考慮することも重要です。これらの設計要素は、組み立て中に PCB がずれる原因となる反りやねじれを避けるのに役立ちます。さらに、対称的なレイヤースタックアップを使用することは、この問題の発生を防ぐ優れた方法です。

多層PCBのレイアウトは複雑な作業であり、最終的な設計の安全性を確保するためには慎重なアプローチが必要です。多層PCBは非常に高温になり、近くの回路の性能に影響を与える可能性があります。そのため、特定の温度範囲用に設計された材料を使用することが重要です。さらに、厚みの異なる非対称設計は、反りやねじれが生じやすい。多層PCBスタックアップは、設計の機能性、製造プロセス、展開に基づいて計画するのが最良の方法です。

差動インピーダンスの計算

多層PCBのスタックアップを計画する際には、PCBの各層のトラックの差動インピーダンスを計算する必要があります。計算を誤ると不正確な結果につながるため、この作業は非常に重要なステップです。IPC-A-600G規格では、エッチファクターを厚さ(t)とW1とW2の差の半分の比率として定義しています。回路基板の望ましいインピーダンスを決定した後、次のステップは各層のエッチファクターを計算することである。

最初のステップは、基準プレーンを決めることである。このプレーンは、グランドプレーンに接続されていなければならない。最下層には、リファレンス・パワー・プレーンとグラウンド・プレーンを配置する。最上層には、プライマリ高速配線層を設ける。

優れたスタックアップの管理

多層PCB設計のプロセスは、芸術であると同時に科学でもあります。レイヤーの配置と間隔、レイヤー間のビアの配線が含まれます。また、電源プレーンとグランドプレーンのペアの配置も含まれます。スタックアップは、メーカーの設計要件をサポートできなければなりません。

良い多層PCB設計ソフトウェアは、多層スタックアップを管理するのに役立つ機能を持っている必要があります。ボードサイズの定義、回路図のキャプチャ、コンポーネントの配置、トレースの配線、コンポーネントデータの管理などのツールを備えている必要があります。また、多種多様な材料タイプをサポートし、カスタマイズ可能なビアオプションが含まれている必要があります。

良い多層PCBスタックアップは、各信号層の後にバランスの取れたグランドプレーンも含める必要があります。優れた多層PCBスタックアップを管理することで、優れたシグナルインテグリティとEMC性能を達成することができます。しかし、層が増えるごとに製造コストと設計要件が高くなることを覚えておくことが重要です。しかし、経験豊富なPCBメーカーと仕事をするのであれば、このトレードオフは価値があります。