PCB設計で「層数」という言葉を目にして、その本当の意味が分からない方もいるかもしれません。公称層数は、メーカーが基板に組み込む銅箔層の数を示します。一方、実効層数は、設計において実際に信号、電源、またはグラウンドを伝送する層の数を示します。すべての層が回路の動作に役立つわけではありません。この違いを理解していれば、設計ミスを防ぎ、基板が計画通りに動作することを確認できます。
主要なポイント（要点）
PCBの公称層数と実効層数の違いを学びましょう。公称層数はすべての層数を指します。実効層数は信号層、電源層、またはグランド層のみをカウントします。
常にあなたの スタックアップ図 基板を製造する前に、設計を公称層数に合わせることができます。これにより、混乱を防ぐこともできます。
各レイヤーの機能を確認し、効果的なレイヤーを見つけましょう。信号の流れ、電源、接地に役立つレイヤーのみをカウントします。
設計について製造業者と明確に話し合ってください。各層の役割を明確に伝えましょう。そうすることで、基板製造時のミスを防ぐことができます。
PCB設計を計画する際には、層数について検討してください。コスト、性能、製造ニーズのバランスを取ることで、基板の性能が向上し、寿命が長くなります。
公称PCB層数
定義と仕様
多くのPCB設計資料では、「公称層数」という用語を目にするでしょう。この数字は、メーカーから基板に供給される銅箔層の数を示しています。例えば、4層PCBを注文した場合、公称層数は4です。各層は基板内で他の層の上または下に配置されます。メーカーはこの数値を用いて積層設計を行い、基板を製造します。
公称層数はスタックアップ図に記載されています。この図には、信号層、電源層、グランド層など、各層の順序が示されています。設計を製造に送る前に、必ずこの図を確認してください。多層基板を扱う場合は、6、8、さらには12といった大きな数字が使われることがあります。これらの数字は、製造業者と設計者が同じ内容について話し合う際に役立ちます。
ヒント： 設計ファイルとスタックアップ図の公称層数を必ず一致させてください。この手順により、後々の混乱を避けることができます。
よくある誤解
多くの人は、公称層数から各層が重要な役割を担っていると推測しますが、必ずしもそうではありません。信号や電力を伝送しない層もあります。シールドやダミー層としてのみ機能する層もあるかもしれません。これらの層も公称層数には含まれますが、回路の動作には役立ちません。
以下に、避けるべきよくある間違いをいくつか示します。
カウント内のすべてのレイヤーが信号または電力に使用されていると考えています。
デザイン内の未使用またはダミーのレイヤーを無視します。
すべてのメーカーがレイヤーのカウントに同じルールを使用していると仮定します。
設計において、各層の役割を常に確認する必要があります。公称層数だけを信用してはいけません。スタックアップを確認し、どの層が効果的かを確認してください。この習慣は、PCB設計においてより良い選択を行い、多層基板の問題を回避するのに役立ちます。
有効PCB層数
レイヤーを効果的にするもの
層を効果的にする要素を理解することが重要です。有効PCB層数は、回路の動作にどれだけの層が貢献しているかを示します。これらの層は信号、電源、またはグラウンドを伝送します。設計において実際に役立たない層はカウントしないでください。有効PCB層数は、いくつかの要素によって決まります。
回路の複雑さ: 複雑な回路では、すべての信号に対してより多くの層が必要になります。
スペースの制約: ボードが小さいため、各レイヤーを有効に活用する必要があります。
電力要件: 高電力設計では、電力と熱のためにさらに多くの層が必要です。
将来の拡張: 後でアップグレードや変更のためにレイヤーを追加する場合があります。
有効なPCB層数を考慮すると、設計はより良くなります。各層は、信号の流れ、電源、または接地に役立つ必要があります。
信号層、電源層、グランド層
各層がPCBの有効層数にどのように貢献するかを理解する必要があります。各層の種類にはそれぞれ独自の役割があります。以下の表は、主な層の種類とその役割を示しています。
レイヤータイプ | 目的 |
|---|---|
信号層 | コンポーネント間の信号トレースを伝送します。 |
グランドプレーン | 電磁干渉を低減し、 シグナルインテグリティ 強い。 |
パワープレーン | 全面的にパワーを発揮し、整合性をサポートします。 |
内部層 | 高密度設計にルーティング オプションを追加し、整合性を高めます。 |
最下層 | 信号パスを完成させ、部品を接続します。 |
信号の安全性を確保するため、信号層をグランドプレーンの隣に配置します。電気的および熱的整合性を高く保つ材料を選びましょう。基板の反りを防ぐため、銅層のバランスを常に保ってください。
ダミーレイヤーと未使用レイヤー
ダミー層や未使用層は、実効PCB層数にはカウントされません。これらの層は、多層基板において、スペースを埋めたり銅箔のバランスを取ったりするために用いられることがあります。これらの層は基板の平坦性を保ち、熱応力を軽減するのに役立ちます。奇数層を偶数層にするためにダミー層を追加することもあります。この手順により、コストを削減し、製造工程を簡素化できます。ダミー層は信号、電源、グランドを伝送しないため、信号整合性や回路の整合性には役立ちません。
疑似または偽のレイヤー数の問題
疑似6層PCBとは
PCB の層について話すときに、「疑似」という言葉を使うことがあります。疑似 6 層 PCB は 6 層あるように見えますが、実際の 6 層ボードと同じようには作られていません。メーカーはこのトリックを使って、通常のボードのクロストークなどの問題を修正しています。たとえば、疑似 8 層スタックアップでは 3 つのコアが使用されます。中央のコアが削除されるため、層間のスペースが増えます。この余分なスペースはクロストークを防ぎ、結合を改善します。ボードに銅層が 6 層しかない場合でも、「疑似 8 層ボード」と呼ばれることがあります。これは、実際の 8 層ボードとほぼ同じ方法で作られているためです。手順が似ているため、価格は実際の 8 層ボードとほぼ同じです。
特殊な設計ニーズに合わせて、擬似的な層数を選択する場合があります。ただし、層数は必ずしも実際の銅箔層数と同じではないことに注意してください。どの層が信号、電源、またはグラウンドを伝送しているかを確認するには、必ずスタックアップ図を確認してください。
現実世界のリスクと落とし穴
疑似6層PCBを使用すると、特に高い信頼性が求められる設計では問題が発生する可能性があります。ボードの動作に問題が生じる可能性があります。以下の表は、よくあるリスクと、起こりうる問題を示しています。
リスクの種類 | 具体的な問題 |
|---|---|
信号整合性の問題 | 重要な信号における激しいリンギング |
アイダイアグラムテストに合格しない | |
システムビットエラー率が限界を超える | |
電力安定性の問題 | 電圧の変化が安全レベルを超える |
スイッチングノイズがかなり聞こえる | |
EMCテストの失敗 | 基板から放射される放射線が多すぎる |
免疫テストはうまくいかない | |
熱管理の難しさ | 一部のスポットは熱くなりすぎて冷却できない |
より多くの熱層またはビアが必要です |
あなたはいつもべき メーカーに相談する 擬似的な層数を選択する前に、実際の基板構造を確認する必要があります。実際の基板構造を確認しないと、信号テストに合格しなかったり、基板が過熱したりする可能性があります。各層を注意深く確認することで、これらの問題を回避し、信頼できる基板を作成できます。
公称層数と実効層数の比較
主な違い
公称層数と実効層数の主な違いを知っておく必要があります。これらの違いは、PCB設計におけるミスを防ぐのに役立ちます。以下の表は、各層数の仕組みを示しています。
機能 | 公称層数 | 有効レイヤー数 |
|---|---|---|
その意味 | 構築された銅層の総数 | 信号、電源、グランドを伝送する層の数 |
どこで見つけられるか | スタックアップ図面とファブノート | 実際の設計ファイルと配線 |
に使用 | 製造と見積もり | 電気性能とレイアウト |
ダミーレイヤーが含まれていますか? | あり | いいえ |
信号の流れに影響しますか? | 常にではない | あり |
公称層数は、メーカーが製造する層数を示しています。有効層数は、回路の動作に必要な層数を示しています。ダミー層や未使用層は公称層数にはカウントされますが、有効層数にはカウントされません。有効層としてカウントされるのは、信号、電源、またはグランドを伝送する層のみです。
注意： 公称層数だけを見ると、基板の信号パスが実際よりも多くあると勘違いしてしまう可能性があります。この誤りは、多層基板で問題を引き起こす可能性があります。
デザインで自分らしさを表現する方法
スタックアップと設計ファイルを確認することで、公称層数と実効層数の違いを見つけることができます。以下の手順に従ってください。
スタックアップ図を開き、すべての銅箔層を数えます。これで公称層数が分かります。
設計の各層を見てください。「この層は信号、電源、それともグラウンドを伝送しますか？」と自問してみてください。もしそうなら、有効な層としてカウントしましょう。
ダミーレイヤーや未使用レイヤーがないか確認してください。これらのレイヤーは信号を伝送しません。有効なレイヤーとしてカウントしないでください。
配線を見直してください。すべての信号が実際のレイヤー上で明確なパスを持っていることを確認してください。
カウントを比較してください。名目上の数値と実効上の数値が一致しない場合は、その理由を確認してください。
このチェックリストは次の目的でも使用できます。
スタックアップ内のすべての層に、信号、電源、またはグランド用のトレースまたはプレーンがありますか?
配線されていないレイヤーや銅箔のみのレイヤーはありますか？これらはダミーレイヤーである可能性があります。
機械的な強度のため、またはボードのバランスをとるためだけに層を追加しましたか？これらは効果的とはみなされません。
ヒント： 公称層数と実効層数が一致していない場合は、必ず製造業者にご相談ください。明確なコミュニケーションは、コストのかかるミスを防ぐのに役立ちます。
これらの手順に従えば、層数が設計にどれほど効果的かが分かります。また、多層基板が計画通りに動作することも確認できます。適切な層数管理により、信号経路が明確になり、基板の信頼性が維持されます。
レイヤー数が重要な理由
デザインとレイアウトへの影響
PCB設計の初期段階で層数について検討する必要があります。層数によって、部品の配置や配線の配線方法が変わります。 高密度PCB 多くの場合、全ての接続に層を追加する必要があります。層を追加することで、信号配線のためのスペースが広がります。また、インピーダンスの制御も向上します。これにより、複雑な回路でも信号の整合性を維持できます。
レイヤー数がデザインにどのように影響するかを示す表を以下に示します。
側面 | 説明 |
|---|---|
レイヤー数とコスト | 層が増えるごとに構築が難しくなり、コストも増加します。 |
回路の複雑さ | レイヤーを増やすと、混雑した設計での配線が容易になります。 |
シグナルインテグリティ | 追加のレイヤーによりインピーダンスを制御し、ノイズを低減します。 |
配電 | 層が増えると、電力が分散され、熱が制御しやすくなります。 |
特別な電源層とグラウンド層を使用することで、信号経路を短くすることができます。これによりインピーダンスを制御し、ボードの動作を向上させることができます。
製造とコスト
層数によって基板のコストは変わります。層が増えるごとに、必要な材料と工程が増えます。2層以上の基板はコストが大幅に高くなります。例えば、4層基板は2層基板の2～3倍のコストがかかることがあります。8層基板にすると、価格は5～10倍になることもあります。また、層数が増えるとミスが発生する可能性も高くなるため、テストコストも高くなります。
覚えておくべき重要なポイントをいくつか示します。
層ごとに必要な材料が増えるため、作業が難しくなります。
レイヤーが増えると手順が増え、問題が発生するリスクが高まります。
慎重に計画を立てることで、機能を損なうことなくコストを最大 50% 削減できます。
レイヤー数 | コスト増加率（％） |
|---|---|
2層 | 基本コスト |
4-6層 | 30-40％増加 |
8以上のレイヤー | 5〜10倍 |
常に、必要なものと支出できるもののバランスを取る必要があります。
パフォーマンスと信頼性
適切な層数を選ぶことで、ボードの性能が向上し、寿命が長くなります。層数が多いほど インピーダンスを制御し信号を維持する 強力です。高速設計では、信号遅延とノイズを抑える必要があります。層数が多すぎると、長い配線や余分な影響によって信号に問題が生じる可能性があります。内層は熱を閉じ込める可能性があるため、サーマルビアやヒートシンクが必要になる場合があります。
パフォーマンスを向上させるには、次のヒントに従ってください。
強い信号を得るには、特別なグランド層と電源層を使用します。
インピーダンスを適切に制御するには、信号パスを短く保ちます。
大きなボードのホットスポットに注意してください。
4層基板は、強度と性能のバランスが取れていることが多いです。非常に高速な回路や複雑な回路の場合は、信号とインピーダンスを制御するために、6層、8層、あるいはそれ以上の層が必要になる場合があります。
有効なPCB層数の決定
実践的なステップ
効果的なPCB層数を見つけるには、いくつかの簡単な手順に従うことができます。まずは基本的な層数から始めて、ニーズに合っているかどうかを確認してください。信号経路の混雑、電源の問題、発熱などの問題が発生した場合、層を追加する必要があるかもしれません。PCB設計において、各層には明確な役割を持たせるべきです。
必要と思われるレイヤー数から始めます。
各層が信号、電源、または接地に役立つかどうかを確認します。
ルーティングの混雑や電源の問題が発生している場合は、レイヤーを追加します。
スタックアップのベストプラクティスたとえば、レイヤーのバランスを保ち、信号レイヤーをグランドプレーンまたは電源プレーンとペアにするなどです。
すべてのレイヤーが設計目標をサポートしていることを確認します。
ヒント： スペースを埋めるためだけに層を追加しても、効果的なものとしてカウントされません。回路の動作を助ける層だけをカウントしてください。
スタックアップの確認
あなたはいつもべき スタックアップを確認する 図面と資料を参照して、レイヤー数が正しいことを確認してください。作業を確認するには、以下の手順に従ってください。
PCBレイアウトツールを使用してスタックアップを作成し、設計ルールチェックを実行します。これにより、エラーを早期に発見できます。
BGAのピン配置とI/O数を確認してください。これにより、設計に必要な層数がわかります。
スタックアップを完了する前に、メーカーに相談してください。メーカーは、あなたの計画が彼らの製造可能な範囲と合致するかどうかを教えてくれる可能性があります。
各層の厚さと材質が適切であることを確認してください。IPCクラス3基板の場合、プリプレグを2層重ねて、誘電体の厚さを少なくとも2.56ミルにしてください。
レイヤーの登録には、通常 50µm までの小さな許容差が生じる可能性があることをご了承ください。
ボードの種類、材質、高速トレースのインピーダンス値など、すべての要件を確認します。
スタックアップ図に詳細が欠落していたり不明瞭だったりすると、層数が誤って記載される可能性があります。厚みや銅箔重量に関する情報が不足していると、設計ファイルとメーカーの製造物に不一致が生じる可能性があります。こうしたミスを避けるため、必ず図面を二重チェックしてください。
注意： スタックアップを慎重に確認することで、ボードが計画どおりに動作し、設計目標と一致していることを確認できます。
製造業者との層数の伝達
ベストプラクティス
製造業者とは明確に話し合う必要があります。良好なコミュニケーションはミスを防ぎ、プロジェクトを前進させるのに役立ちます。基板の目標を常に共有しましょう。設計における各層の役割を説明しましょう。特殊な積層構成を使用する場合は、早めに製造業者に伝えましょう。工程について質問し、アドバイスに耳を傾けましょう。以下のベストプラクティスを試してみてください。
製造業者に明確なスタックアップ図を渡します。
リスト 各層の役割 あなたのデザインで。
レイヤーの選択に関するフィードバックを求めます。
PCB 製造を開始する前に層数を確認してください。
製造業者がフォイル構造またはコア構造を使用しているかどうかを確認します。
問題を早期に発見するために、製造中に更新を要求します。
出荷前に製造業者と一緒に最終的なボードを確認してください。
これらの手順に従えば、混乱を避けることができます。PCBの製造が設計通りに進むことを確認できます。
ドキュメントに関するヒント
良質なPCB製造には、しっかりとした文書が必要です。明確な文書があれば、製造業者は設計を理解し、正しい方法で基板を製造できます。 スタックアップを定義する 各層の説明も併せてご参照ください。バランスの取れた構造は基板の安定性を保ちます。現代の製造業者は箔張り構造を好んでおり、PCBの製造を容易にします。スタックアップをご指定いただくと、より良い見積もりが得られます。コストを比較検討できます。標準的なスタックアップは基本的な設計に適していますが、高度な基板にはカスタムオプションが必要になる場合があります。
以下に、役立つドキュメント作成のヒントをまとめた表を示します。
先端 | 説明 |
|---|---|
スタックアップを定義することでばらつきを回避 | 明確な文書化により、異なる製造業者が異なる材料を使用することがなくなり、性能が一定に保たれます。 |
バランスの取れた建設が重要 | 誘電体層が中央付近で均一になるようにします。これにより安定性が向上します。 |
フォイル構造が望ましい | 現代の製造業者は、プリプレグ付きのフォイルを好みます。フルコアの組み立てよりも簡単です。 |
スタックアップを指定すると見積りが簡単になります | スタックアップを文書化しておくことで、製造業者は比較可能な見積もりを提示しやすくなります。これはコスト削減に役立ちます。 |
標準スタックアップは基本的なニーズをカバーします | ほとんどの多層PCBでは問題なく機能しますが、高度な設計には適さない場合があります。 |
PCB製造に送る前に、必ず書類を確認してください。明確なメモと図面があれば、製造業者は層数や層の使用に関するミスを防ぐことができます。
これらのヒントを活用すれば、PCB製作がよりスムーズになり、設計通りの基板が完成します。
公称層数は銅箔の総層数であることがお分かりいただけたかと思います。実効層数は、どの層が回路の動作に役立っているかを示します。詳細な情報を明確にし、製造パートナーと話し合うことで、設計はよりスムーズに進みます。基板の信頼性も向上します。設計の早い段階で製造チームと話し合うことで、高額なミスを回避できます。また、基板があらゆるニーズを満たしていることも確認できます。
コスト、パフォーマンス、ボードの作成のバランスをとるためにスタックアップを計画します。
製造パートナーと協力して、ボードを製造できるかどうかを確認します。
適切な方法でレイヤーを配置し、信号を強く保ちます。
これらの手順に従えば、設計とボードの作成はうまくいきます。
FAQ
公称 PCB 層数と有効 PCB 層数の主な違いは何ですか?
見つけることができます 公称層数 スタックアップ図で、基板の銅箔層数を確認できます。有効層数は、信号、電源、またはグラウンドを伝送する層のみをカウントします。ダミー層や未使用層は有効層としてカウントされません。
PCB 設計にダミー レイヤーが存在するのはなぜですか?
メーカーは、基板のバランスを保ったり、放熱効果を高めたりするためにダミー層を組み込んでいます。これらの層は信号や電力を伝送しません。電気的な理由ではなく、強度を確保するために必要です。
公称層数を増やすと PCB のパフォーマンスが向上しますか?
追加したすべての層が基板の性能向上に役立つわけではありません。効果的な層だけが回路の性能向上に貢献します。ダミー層は信号や電力供給には役立ちません。各層が設計にどのような影響を与えるかに注目する必要があります。
レイヤーがデザインに効果的かどうかを確認するにはどうすればよいですか?
PCBレイアウトを確認してください。信号トレース、電源プレーン、またはグラウンドプレーンを含むレイヤーは効果的です。銅箔のみのレイヤーや配線のないレイヤーは効果的ではありません。
製造業者に公称層数と有効層数の両方を伝える必要がありますか?
はい。製造業者には必ず両方の番号を伝えてください。そうすることで、製造業者は必要な情報を把握し、ミスを防ぐことができます。良好なコミュニケーションがより良い基板を生み出します。
