PCB製造において標準スタックアップを使用するタイミング

回路基板を量産に移行するための迅速かつ簡単な方法の一つに、標準的なスタックアップを提供する製造業者を利用することがあります。これはPCBプロトタイピングで非常に一般的なアプローチであり、量産時にも使用できます。標準スタックアップは、デザイナーが材料や層の厚さを選択する時間や専門知識がない場合に使用できるエントリーレベルの構成です。PCB製造業者は通常、デザイナーからの文書がほとんど、または全く必要ない標準的なスタックアップを提供できます。

これはデザイナーにとって確かに便利であり、リスクの低いビルドには非常に有用ですが、いつ標準スタックアップを使用すべきでしょうか？より高度な設計の場合、標準スタックアップは使用される材料や積層の厚さのために、PCBレイアウトでできることに制限を与える可能性があります。たとえボードが必ずしも高度ではなくても、非常に信頼性が高くなければならない場合、標準スタックアップは最良の選択ではないかもしれません。

標準スタックアップを使用する適切なタイミングを判断するために、いくつかの例を見て、それらがさまざまなタイプの設計でどのように使用できるか詳しく説明します。

標準スタックアップの例

PCB製造業者から提供される標準的なスタックアップは、一般的に入手可能で低コストのPCB材料を標準的な層配置と標準厚さ（通常は1.57mmまたは1mm）に組み込む傾向があります。各製造業者は、異なる層数に対して少し異なる標準的なPCBスタックアップを持っており、ほとんどの業者は自社のウェブサイト上でスタックアップの図面を提供します。その後、スタックアップ情報を取得し、CADソフトウェアに組み込むことで、設計文書が製造業者の標準オファリングと一致するようにします。

複数の銅重量オプションが利用可能な標準的なスタックアップの例。このスタックアップはEurocircuitsから入手可能です。

標準的なスタックアップ図を見るとき、通常は層の配置だけが表示されますが、多くの設計にはもっと多くの情報が必要になる場合があります。標準的なスタックアップには、次の表に記載されている情報が含まれていないかもしれません：

• 積層材料の製品名
• 積層材料データシート
• 誘電体材料の熱的または機械的パラメータ
• 損失正接値
• 誘電率または損失正接の安定性データ

すべての設計がこのデータを必要とするわけではなく、多くの製品では上記の点は考慮すらされていません。しかし、特定の業界をより深く見ていくと、これらの個々の要件が現れ始めることが多く、標準的な積層が適切でない状況も多々あります。

新しいPCBで標準的な積層を適切に使用できる場合を示すために、高速デジタルまたはRF PCB、HDI PCB、および高信頼性PCBの3つの製品クラスを簡単に見てみましょう。

高速/RF PCB設計

高速PCB設計やRF PCB設計の場合、設計が仕様に合致するためには、トレースインピーダンスの計算が一般的に必要です。標準的なスタックアップは、インピーダンスの計算を可能にします。なぜなら、単線トレースの計算に必要な情報、具体的には各層の誘電率定数とラミネート厚さを提供するからです。差動ペアの場合、目標インピーダンスを設定するのに寄与するトレース間隔を選択することもできます。これについては、この記事で説明しました。

標準スタックアップを使用する、あるいは標準スタックアップが常に機能すると仮定する問題は、PCBレイアウトを完了した後にスタックアップを選択する際に生じます。トレース幅に基づいたインピーダンス仕様を持つ設計を考えてみましょう。ここで、50オームのインピーダンスには10ミル幅のトレースが必要で、90オームの差動インピーダンスには8ミル/8ミルの幅と間隔が必要です。

下に示された例の標準スタックアップを使用した場合、目標インピーダンス値から大きく外れることになります。

同じ考え方がRF PCBにも適用されます。ここでのポイントは、これらの設計で標準スタックアップを使用できるが、PCBレイアウトとルーティングを開始する前に、標準スタックアップを使用する必要があるということです。ではなく、後で使用するのではありません。

HDI PCB設計

この記事を書きながら、私はHDI PCB向けに特別にマーケティングされた標準的なスタックアップを見たことがないことに気づきました。これには、HDI PCBと順次積層に特有のいくつかの理由があります。

• ビアは機械的にドリルされるのか、それともレーザードリルされるのか？
• 各プロセスで製造業者が確実に保証できるアスペクト比は何か？
• レーザードリルされたマイクロビアを使用する場合、スタックアップ材料はレーザードリル可能か？
• 制御インピーダンスが必要な場合、トレース幅の要件は何か？

これらの質問を考え始めると、標準的なスタックアップがHDI PCBには適していないことにすぐに気づくと思います。これは主に、標準的なスタックアップが一般にレーザードリル可能な材料を使用していないという事実に由来します。従って、PCBを複数の積層プロセスで構築する場合、機械的にドリルされたビアのみを使用できます。もう一つの問題は層の厚さです。私は4ミルより薄い層を持つ標準的なスタックアップを見たことがありません。これは、外層を特定のコンポーネントと互換性のある広いトレースに制限するでしょう。

標準的なスタックアップがインピーダンス目標を達成するために大きなトレースの使用を強制する場合、トレースはBGAのパッド間に収まらないかもしれません。

高信頼性PCB

「高信頼性」という用語は、多くのことを意味する可能性があります。例えば、これはアウトガス、機械的剛性、温度に対する誘電体/機械的安定性、高電圧耐性能、またはその間の何かを指すことができます。高信頼性が重要な共通の領域の一つは、長い寿命にわたる高電圧勾配での信頼性を示す導電性アノードフィラメント化（CAF）耐性です。

標準的なスタックアップは予算オプションとして意図されているため、これらの領域で優れた性能を発揮する材料が使用されているとは期待しないでください。これらの領域のいずれかで信頼性に疑問がある場合は、常に標準スタックアップの材料データシートを要求してください。これらが利用できない場合は、安全を期して他の場所で探すのが最善です。

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