12層基板製造：積層構造、能力、コスト

Highleap Electronics社は、試作品から量産まで、最大60層の基板を製造するのと同じ堅牢な製造ラインで12層基板を製造しています。エンジニアは通常、10層基板では配線スペースや高速バス、高密度BGA、または分離された電源ドメインの基準面が不足した場合に、12層基板に移行します。12層基板は、標準的なスルーホール実装を維持しながら、必要なスペースを確保できるため、積層マイクロビアを使用して同じ設計をより少ない層に無理やり詰め込むよりも、多くの場合、構造がシンプルになります。

このページでは、当社が最も頻繁に製造する積層構造、公表されている製造能力、材料の選択肢、この層数で重要な制御、および価格に影響を与える要因について説明します。製品に12層が必要かどうかまだ検討中の場合は、12層基板の使用例をご覧ください。よくある購入者からの質問への簡単な回答は、12層PCB FAQにまとめられています。

1.6mm以上の厚さで12層基板の積層オプションを提供

ほとんどの12層基板は、6つの信号層と6つのプレーン、または8つの信号層と4つのプレーンのいずれかの構成を採用しています。この選択は、信号の完全性と配線スペースのトレードオフの関係にあり、基板上のすべてのインピーダンス計算を決定するため、レイアウト開始前に確定しておく必要があります。

6 プレーンバージョンでは、各信号層に隣接する基準プレーンが設けられ、インピーダンスの保持が容易になり、リターンパスが短くなります。高速インターフェースを多数搭載した基板に適しています。4 プレーンバージョンでは、プレーン間で信号層をペアにすることで、ルーティング層が 2 つ追加されます。直交ルーティングによりブロードサイド結合を低減できますが、適切な誘電体分離、基準プレーン、チャネルシミュレーションは依然として必要です。これらは、層機能の割り当て例であり、製造用の積層構成ではありません。誘電体の厚さ、銅の重量、銅の分布は、ミッドプレーンを中心にバランスが取れている必要があります。ラベルだけでは機械的な対称性は確立されません。8 信号の例には、基準プレーンの間隔とクロストーク解析を慎重に行う必要がある連続した信号層が含まれています。

これらの選択の背後にある一般的なルールは、当社のPCBスタックアップ設計ガイドに記載されています。層数を比較する場合は、10層スタックアップ構成と16層基板に関するページを参照して、 1段階下または上への変化を確認してください。

12層基板にはいくつの信号層がありますか？

通常は6層または8層です。信号層6層とプレーン6層が、信号整合性を確保する上でより安全な選択肢です。信号層8層とプレーン4層では配線領域は広くなりますが、各プレーン間に2層の信号層が配置されます。信号層10層とプレーン2層のみの設計は理論上は可能ですが、インピーダンスやEMIの目標値を満たすことはほとんどなく、通常は基板の層数を増やす必要があることを意味します。

12層基板の厚さは常に1.6mmですか？

1.6 mmは標準的なコネクタやカードガイドに適合するため、最も一般的な仕上がり厚さですが、12層基板は、銅箔厚が厚い場合や圧入式コネクタを使用する場合は、2.0 mm、2.4 mm、またはそれ以上の厚さで製造されることもあります。当社の対応ページに記載されている0.2～8 mmの範囲は、リジッドPCB製品群全体を網羅していますが、12層構造の場合に保証される厚さ範囲ではありません。基板が厚くなると、最小スルーホールの縦横比が高くなるため、ドリルサイズと厚さを一緒に確認する必要があります。

12層基板製造能力

12層は、最大60層まで対応可能な当社のリジッド基板製造ラインの範囲内です。以下の数値は、当社が公表しているリジッド基板の製造能力に基づいています。これらは製造工程上の限界値であるため、複数の層を組み合わせた基板については、見積もり前に検討が必要です。

12層基板では、これらの制限が相互に影響し合います。ドリル穴径を使用した場合、1.6 / 0.15 は約 10.7:1 ですが、3.2 / 0.15 は約 21.3:1 となり、公表されている 20:1 の制限を超えます。めっきレビューなしに、最小ドリル径と最大比率のどちらも同時に実現可能とみなすべきではありません。細い配線と間隔は、厚い銅よりも薄い内層銅の方が保持しやすいです。許容差の完全なリストは、当社のリジッド PCB 能力表に記載されています。

12層基板でブラインドビアと埋め込みビアを使用できますか？

はい。ブラインドビアは外層と内層を接続し、埋め込みビアは内層のみを接続し、レーザーマイクロビアは0.075 mmまで細くすることができます。必要なラミネーションと穴あけの順序はビアの構造によって異なり、複数のスパンを同じ工程で処理できます。連続して製造すると、コストとリードタイムが増加する可能性があります。多くの12層設計では、単純なスルーホール構造で配線します。ブラインドビアと埋め込みビア構造は、 BGAのブレークアウトや基板面積が実際に必要な場合にのみ使用してください。

12層回路基板用材料

12層基板の材料選択は、2つの要素によって決まります。1つは、積層および鉛フリー実装時に基板が受ける熱量、もう1つは、最速のインターフェースが許容できる信号損失です。積層材は基板コストの大きな割合を占めるため、最も高価な材料に安易に頼るのではなく、これら2つの要件を満たす材料を選択する方が賢明です。

• 高Tg FR-4 12層基板の場合、通常はこの値から始めます。リフローの信頼性については、TgをZ軸方向の熱膨張係数（CTE）、分解温度（Td）、層間剥離時間、耐湿性、およびアセンブリプロファイルと併せて評価してください。Tgだけではめっき穴の信頼性は保証されません。詳細については、当社の注記を参照してください。 高Tgラミネート.
• 低損失および超低損失ラミネート 長距離高速チャネルでは標準のFR-4では信号損失が大きすぎる場合に使用されます。オプションとトレードオフについては、 高層基板用材料.
• ハイブリッドスタックアップ 必要な層にはRFラミネートを、それ以外の層にはFR-4を使用することで、ミックスドシグナル基板のコストを抑えています。 ロジャースとFR-4のハイブリッドスタックアップ デザイン上必要な場合。

12層基板にはどのガラス転移温度（Tg）を使用すべきでしょうか？

鉛フリー対応の高Tg FR-4グレードは一般的な出発点ですが、層数だけでは必要なTgは決まりません。基板の厚さ、ビア形状、リフローサイクル、使用温度に対して、Tg、Td、Z軸CTE、および剥離性能を確認してください。スタックアップを要求する際には、アセンブリおよびリワークプロファイルを明記してください。

12層におけるレジストレーション、インピーダンス、ビアの信頼性をどのように制御するか

12層構造における欠陥のほとんどは、内層の位置ずれ、インピーダンスの変動、めっき穴の不良という3つの要因に起因します。当社のプロセス制御は、これらのそれぞれを標的としています。

12層基板のコスト：価格を左右する要因とは？

12層基板の価格は、層数よりも製造方法に大きく左右されます。同じサイズの12層基板でも、図面の内容によって価格が数倍も異なることがあります。

• ラミネートサイクル: スルーホール構造は1回のプレスで形成されます。ブラインドビアや埋め込みビア構造では、追加のプロセス工程が必要になる場合があります。サイクル数は、ビアのスパン数だけでなく、全体の形成シーケンスによって決まります。
• 材料： 低損失およびRFラミネートは、高Tg FR-4よりもはるかに高価であり、ハイブリッド積層構造では、そのコストを必要な層に限定することができる。
• ドリルおよびビア機能： 小型ドリル、高アスペクト比、バックドリル加工、充填またはキャップされたビアインパッドは、それぞれ工程数を増やします。
• インピーダンスとテスト範囲： インピーダンス制御構造が多いということは、より多くの試験片の設計と測定が必要になることを意味する。
• 仕上げ、パネル用途、数量： ENEPIGとハードゴールドはENIGよりも高価です。輪郭が生産パネルをどれだけうまく埋めているか、そして注文数量によって、単位あたりのコストが決まります。

12層基板は10層基板よりもかなり高価なのでしょうか？

スルーホール構造の場合、通常はそれほど大きな差はありません。10層から12層に増やすと、パターン付き銅箔と誘電体処理が必要になります。コアの配置、穴あけ、積層順序は設計によって異なります。コストが大幅に上昇するのは、積層工程の繰り返しと特殊材料の使用によるものです。そのため、スルーホール構造の12層基板は、同じ配線を実現するためにブラインドビアが必要な10層基板よりも安価になる可能性があります。

12層基板の見積もり依頼に必要な書類

完全なデータパッケージがあれば、迅速な見積もりが可能になり、確認作業の回数を減らすことができます。Highleapは2時間以内の見積もりサービスを提供していますが、複雑なスタックアップ、特殊な材料、または不完全なデータの場合は、価格と納期を確定する前に追加のエンジニアリングレビューが必要になる場合があります。見積もり遅延の主な原因は、インピーダンス表やスタックアップなど、必要な項目が不足していることです。

• 製造データ： ガーバーファイルまたはODB++ファイル、ビア構造テーブルを含むドリルファイル、および基板外形図。
• 積み重ねる： 積層図、または完成時の厚さと積層順序をお知らせいただければ、弊社で最適なものをご提案いたします。
• インピーダンス表： 各制御構造の目標値、許容誤差、配線幅、および参照層。
• 素材と仕上げ: ラミネート材、または必要なTgと損失クラス、銅の重量、および表面仕上げ。
• 受け入れ： IPCクラス、バックドリル加工やビアインパッド加工の要件、試作品および量産品の数量と日付。

レイアウトがまだ確定していない場合でも、とにかく送ってください。この段階でのDFMレビューによって、スタックアップの不均衡やアニュラーリングの締め付け過ぎといった問題を、まだ安価に修正できる段階で発見できます。

Highleapは12層基板の組み立ても可能ですか？

はい。SMTおよびスルーホール実装、部品調達、検査を含めることができます。パッケージピッチ、部品サイズ、AOI/X線検査範囲は、BOMおよび組立データと照合して確認されます。ターンキー組立では、基板、部品調達、組立を1つのサプライヤーが担当するため、歩留まりの問題が発生した場合でも、複数のサプライヤーを経由することなく原因を特定できます。