標準的なPCBの厚さとレイヤースタック

1990年代のシットコムが大好きだと白状します。もしジェリー・サインフェルドがPCBデザイナーだったら、「1.57 mmの基板厚さって何のこと？」と聞くかもしれませんね。実に妥当な質問ですし、PCB設計やその他のエンジニアリングの分野でなぜ特定の標準値（例えば、RFシステムの50オームのインピーダンスなど）が使われるのか不思議に思うこともあります。

これらやその他の設計値がPCB設計で標準化された良い理由がありますが、それらが業界標準で明確に定義されているわけではありません。PCBの厚さに関しては、その理由は主に歴史的なものですが、すぐに見ていきます。しかし、標準の基板厚さ1.57 mmだけがアクセスできる厚さではありませんが、ほとんどのメーカーはこの値を収容するように製造能力を中心にしています。もし

1.57 mm基板厚さの歴史

Lee Ritcheyは、事実上の標準である1.57 mm基板厚さの歴史をうまくまとめています。Leeが回路基板の厚さの値について述べているすべてを繰り返すことなく、この数字が業界内で事実上の標準になった理由を簡単に要約します。

電子デバイスがトランジスタや集積回路へと移行していた時代、基板は合板の作業台でブレッドボーディングによって組み立てられていました。その際、合板の表層をバケライトと呼ばれる材料に置き換えていました。合板に詳しい方なら、合板の一枚の厚みが1/16インチ、つまり1.57mmであることをご存じでしょう。この厚みは、基板間の接続が必要になった際に何らかの標準となり、新しい材料に適応されていきました。初期の基板間接続には、エッジコネクタを使用したラックユニットが用いられ、これらのエッジコネクタはこの標準厚みに合わせる必要がありました。現在では、バケライトの代わりにエッチングやめっきが可能な材料や、FR4エポキシ積層板を使用しています。

代替のPCB厚み値

今日、一部の製品（例えば、PCIeアドインカード、Mini-PCIeカード、またはSODIMMスティック）やアプリケーションノートの配線ガイドラインでは、1.57 mm（またはあまり一般的ではない値の1.0 mm）が指定されることがあります。しかし、よく考えてみると、製造可能性や、高い層数や高い銅の重さを収容するため以外に、このPCBの厚さが他のボード厚さの値よりも好ましい理由はないことに気づくでしょう。多くのメーカーは、低層数のこの回路基板の厚さを選択しています。それは、常にそうであり、ほとんどの顧客から一般的に期待されているからです。

1.57 mmの値は、事実上の標準となっているため、任意のメーカーにとって必要な能力の一つですが、多くのメーカーはこの厚さのさまざまな倍数のボードを製造できるように能力を適応させています。一部のメーカーから見つかるかもしれない他のPCBの厚さの値には、2.36 mmと3.18 mmがあり、これらは偶然にも1.57 mmボードの厚さの150%と200%になります。しかし、特定の厚さの値が製造可能である限り、1.0 mmやその他の値を通常注文することができます。

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異なるメーカーは、異なる層数や銅の重さで基板を製造することができ、多くのメーカーは「標準化された」PCBの厚さの値や層の配置を提供します。製造業者は、基板が欠陥なくそのプロセスを通過できることを確認できる限り、代替の回路基板の厚さの値にも対応できます。これが、設計を開始する前にスタックアップを確認するために製造業者に連絡するべき理由です。または、適用可能であれば、高度に標準化されたスタックアップ（2層または4層のPCBスタックアップ）を使用するべきです。特定の厚さや層の配置を要求（または好む）する製造業者は、時々、オンラインでスタックアップテーブルにスタックアップを公開しています。このデータをダウンロードすることができることが一般的ですし、スタックアップテーブルが利用できない場合は、メールを送って層のスタックや基板の厚さを見てもらうこともできます。

基板、誘電体、および銅の厚さ

全体的な基板の厚さを決定したら、考慮すべき残りの3点があります：

• 各層の銅の厚さ
• 誘電体層の厚さ
• はんだマスクの厚さ

はんだマスクの厚さとPCBの銅の厚さは簡単です：はんだマスクの厚さの標準範囲は0.4-0.8ミルです；Altium Designerは新しいスタックアップでのデフォルトのはんだマスクの厚さ値として0.4ミルを使用します。銅の厚さ（mm単位）は、標準化された増分で表示される銅の重さに依存します。与えられた重さの銅の厚さの等価値は、次の式で計算できます：

一般的な4層PCBの厚さとスタックアップ形式があります（全体のPCB厚さが1.57 mmと仮定）が、「標準」の4層スタックアップはありません。誘電体の厚さを決定するための良い出発点となる4層PCBスタックアップの例を以下に示します。

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この例では、外層を支える薄い誘電体を持つ厚いコアがあります。これを例として示しましたが、370HR誘電体から容易に構築でき、小さなボード上の高速コンポーネントをサポートします。コア層が薄い場合もあります（最近の設計では同じ誘電体で28ミルを行いました）、そして製造業者はおそらく銅の重さについて何か言いたいことがあるでしょう、なぜなら彼らのプロセスに好ましい値があるかもしれないからです。

PCBの厚さと層の配置を計算する

一般的に、新しい設計でPCBの厚さと層の厚さの値を決定するためには、以下の簡単なプロセスに従うことができます：

1. 必要な層数を決定します。通常は、ネット数とおおよそのネット密度を考慮して行います。
2. 一時的に1オンス/平方フィートの銅の重さを仮定し、残りの層に割り当てるべき全体の厚さを決定します。
3. 希望する材料メーカーから利用可能な誘電体のリストを取得し、設計に必要な層の厚さを割り当てます。
4. 提案されたスタックアップを製造業者にレビューのために送ります。

製造業者が使用する標準的な材料セットがある場合、一般的にはIPCスラッシュシートに基づいて代替材料でスタックアップを提供することができます。一部の製造業者は、インピーダンスと損失要件を満たすカスタムスタックアップを組み合わせることがあり、必ずしも特定のスタックアップに合わせることを強制されるわけではありません。

終わりに、PCB製造業者を選ぶ際には価格だけを基準にしてはいけません。まずは設計ニーズを考慮し、アプリケーション要件（PCBの厚さを含む）を考え、それらのニーズに応えられる製造業者を選ぶべきです。高層カウントのバックプレーンのように、もっと厚いものになると、1.57 mmの標準厚さ値はもはや使用されません。より専門的な高速/高周波ボードでは、より専門的な高周波材料を使用することも多いでしょう。設計が高い生産性と品質で製造可能であることを確実にするために、製造業者に相談して指導を求めることが重要です。

必要な層数とPCBの厚さを決定したら、設計を進める中で層スタックを完全に制御できるPCB設計ソフトウェアが必要です。材料スタックアップライブラリと、Altium Designer^®のフルスイート設計機能は、任意の複雑さの設計に理想的で、製造業者によるレビューのためのボードを準備するために必要なツール一式を提供します。設計を終えて、製造業者にファイルをリリースしたい場合、Altium 365^™プラットフォームはプロジェクトの共有と協力を容易にします。

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