多層基板向け高層数PCB材料

18層、24層、32層以上の高層プリント基板（PCB）は、製造業者が製造する製品の中でも特に要求水準の高い製品の一つであり、その成否は使用する材料に大きく左右されます。層数が増えるごとに、きれいに接合しなければならない材料界面の数、積層全体で維持しなければならない位置合わせ精度、そして基板が消費するラミネート材とプリプレグの量が増加します。2026年には、高層基板は最も希少なグレードの材料を大量に必要とする傾向があるため、材料不足の影響を最も深刻に受けることになります。本ガイドでは、材料要件、コア材とプリプレグの選定、歩留まりと反りに関する課題、そして供給の実態について解説します。

高層設計における材料要件

多層基板設計では、低層基板にはない材料要件が課せられます。寸法安定性は極めて重要です。材料は複数の積層サイクルを通して寸法を維持し、内層上のパターンが互いに、そしてドリル穴に対して正確に位置合わせされるようにする必要があります。Z軸方向の熱膨張係数（CTE）を制御する必要があります。層数が増え、基板が厚くなるほど、熱サイクルによるZ軸方向の膨張が大きくなり、めっきスルーホールにストレスがかかるためです。多数の信号層におけるインピーダンス制御には、パネル全体で誘電体の厚さと誘電率（Dk）が一定であることが不可欠です。また、樹脂システムは、空隙や樹脂不足を起こすことなく、層間を確実に接着する必要があります。

AIサーバーや高速スイッチといった、高レート・高層数基板の場合、これらの要件に加えて低損失要件も求められるため、信号層では中損失または低損失グレードの材料が求められるようになります。これが、高層数と高性能材料の要件がしばしば重複する理由です。本稿では、AIサーバー用PCB材料に関するアプリケーション事例と、多層PCB設計ガイドにおける設計背景について解説します。

コア材およびプリプレグの選定

多層基板は、2種類の材料を交互に重ねて構成されます。1つはコア（両面に銅箔を貼った完全硬化ラミネートで、内部の信号層とプレーン層を担う）、もう1つはプリプレグ（Bステージ樹脂含浸ガラスクロスで、積層時にコア同士を接着し、パターン間の隙間を埋める役割を果たす）です。この両方を適切に選択することが不可欠です。コアは内部層の誘電体層の厚さと、その内部に配置される信号層のインピーダンスを決定します。プリプレグは接着層の厚さを決定するだけでなく、樹脂含有量が適切でなければ、樹脂不足や空隙の発生を防ぎながら流動・充填を行うことができません。

多層基板の場合、プリプレグの選択は特に重要です。なぜなら、多くの接合層があり、それぞれの層にボイドや厚み誤差が生じる可能性があり、それがインピーダンスに影響を与えるからです。樹脂含有量と流動特性は、隣接する層の銅配線密度に合わせる必要があります。銅含有量の多い内層には、配線間の隙間を埋めるのに十分な樹脂を含むプリプレグが必要です。コアとプリプレグは、確実に接合するために互換性のある材料システムを共有する必要があります。これらの基本事項については、多層基板用プリプレグ材料に関する専用ガイドと、基板積層構造の概要をご覧ください。

積層歩留まりに関する考察

積層枚数が増えるにつれて、積層歩留まりは低下します。これは、積層工程と材料界面ごとに、ボイド、剥離、樹脂不足、位置ずれなどの欠陥が発生する可能性が高まり、これらの欠陥が積層全体に蓄積されるためです。積層枚数の多い基板では、多くの場合、連続積層（複数のプレス工程でサブアセンブリを組み立てる）が必要となりますが、これにより材料にかかる熱的および機械的ストレスが増加し、位置ずれを防止しなければならない工程数も増加します。

材料の選択は、この歩留まりに直接影響します。特性が明確なラミネーションプロファイルを持つ樹脂システム、フィーチャ密度に適した流動性を持つプリプレグ、バランスの取れたスタックアップはすべて、初回パス歩留まりを向上させます。逆に、適合性の低いプリプレグやバランスの取れていないスタックアップは歩留まりを低下させ、高価な高層数基板では、歩留まりの低下は、廃棄材料（2026年には希少で高価）と、それを生み出すために失われた材料配分の両方においてコストがかかります。したがって、スマートなスタックアップ設計によってプレミアムCCLの消費を削減し、不要なラミネーションサイクルを排除することで、コストと歩留まりの両方を改善できます。シーケンシャルラミネーションの背景については、HDI PCBのシーケンシャルラミネーションを参照してください。

反りと位置合わせの管理

反りと位置ずれは、積層数が多いほど悪化する2つの機械的故障モードであり、どちらも部分的には材料に起因する。反りは、銅の分布の不均衡、非対称な積層構造、または材料の膨張率の不一致といった非対称性によって発生し、積層後の冷却時に基板が湾曲する。対策としては、対称的な積層構造（中心線に対して銅と誘電体のバランスをとる）、積層全体にわたる材料の整合性、および制御された積層冷却が挙げられる。反りが問題となるのは、基板が湾曲すると、はんだペーストの位置ずれや部品配置の誤差といった組み立て上の問題が発生するからである。

レジストレーション（内層の特徴とドリル穴との正確な位置合わせ）は、積層層が増えるにつれて低下します。これは、積層時に各層で寸法的な動きが生じるためです。寸法安定性が高く、積層時の熱による動きが少ない材料は、レジストレーションをより良好に維持します。そのため、寸法安定性は、高層基板における重要な材料要件となっています。また、高精度なレジストレーションは、高密度基板上でより小さな環状リングや微細な特徴を実現する上でも不可欠です。この設計手法については、弊社のHDI積層設計ガイドで詳しく解説しています。

資材リードタイムに関する課題

高層基板は、2つの理由から材料のリードタイムに関して最も厳しい状況に直面します。第一に、高層基板はより制約の多いグレードを必要とすることが多く、高層高性能基板は中損失から低損失のラミネート材を使用しますが、M6/M7では14～18週間、M8/M9では20週間以上（割り当てのみ）かかります。第二に、低層設計に比べて基板1枚あたりの材料消費量がはるかに多いため、割り当て要件が大きくなり、限られた供給量から満たすのが難しくなります。

高層基板セグメントも急速に成長しており、AIサーバーや高速ネットワークの普及に伴い、高層多層基板（18層以上）は最も急速に成長しているPCBカテゴリーの一つとなっています。そのため、供給が最も逼迫しているグレードに需要圧力がかかっています。実際的な対応策は、他の供給逼迫基板と同様です。早期に需要を予測し、2番目のグレードを選定し、プレミアムグレードについては16～20週間先の材料確保計画を立て、設計上可能な場合はハイブリッド積層構造を採用して、最も供給が逼迫しているグレードの数量を制限します。リードタイムの​​仕組みについては、当社のPCBラミネートリードタイムガイドに、供給状況についてはPCB材料不足ハブをご覧ください。

メーカー比較レビュープロセス

多層基板の場合、メーカーによる積層構造のレビューは、品質とコストを左右する決定的なステップとなります。このレビューでは、以下の点が一度に確認されます。すなわち、各制御インピーダンス層のインピーダンスが実際の積層板の誘電率（Dk）で計算され、許容範囲内であること。積層構造が反り制御のために対称であること。コア材とプリプレグ材の選択が確実に接着し、パターン密度を満たしていること。積層計画（連続積層を含む）が適切であること。そして、現在の供給状況において、指定された材料グレードが入手可能であるか、または同等の認定材料が存在すること、です。

高層基板は高価で材料も希少なため、積層構造、インピーダンス、または材料の入手可能性といった問題を製造前に発見することは、積層不良や規格外の基板で問題が発覚するよりもはるかにコスト効率が良い。Highleap Electronicsは、測定された積層板の誘電率（Dk値）を用いた確実な積層構造計算と、高層設計におけるインピーダンス、対称性、コア／プリプレグ接合、材料の入手可能性などを網羅した製造前レビューを提供している。

高層基板の積層構造レビューを入手

Highleap Electronicsは、これらの要件を満たす高層数の多層基板を製造しています。当社の多層基板、16層基板、28層基板の設計能力、および12層基板のリファレンスをご覧ください。

高層基板材料に関するよくある質問

高層基板にとって最も重要な材料特性とは？

寸法安定性（複数回の積層サイクルを通して位置合わせを維持するため）、制御されたz軸方向の熱膨張係数（貫通穴の信頼性のため）、一貫した誘電体厚さと誘電率（インピーダンス制御のため）、そして空隙や樹脂不足なく確実に接着する樹脂システム。

コアとプリプレグの違いは何ですか？

コアは、両面に銅箔が貼られた完全硬化ラミネートで、内部に信号層と平面層が配置されています。プリプレグは、Bステージ樹脂含浸ガラスクロスで、ラミネート時にコア同士を接着し、銅箔間の隙間を埋める役割を果たします。インピーダンスと確実な接着を実現するには、コアとプリプレグの両方を適切に選択する必要があります。

積層枚数が増えるとラミネート加工の歩留まりが低下するのはなぜですか？

積層工程と材料界面ごとに、ボイド、剥離、樹脂不足、位置ずれなどのリスクが高まり、これらのリスクは積層全体にわたって累積します。積層枚数の多い基板では、多くの場合、連続的な積層が必要となり、応力と位置合わせの工程が増大します。材料の適合性とバランスの取れた積層構造は、歩留まりの向上につながります。

高層基板における反りはどのように制御されるのか？

中心線を中心に銅と誘電体のバランスが取れた対称的な積層構造、積層全体にわたる材料のマッチング、そして制御された積層冷却により、この製品は優れた性能を発揮します。反りは、基板の反りが組み立て時の半田ペーストの位置ずれや部品配置の問題を引き起こすため、重要な問題となります。

なぜ多層基板は材料の納期が最も長くなるのか？

これらの試験は、より制約の多い期間（M6/M7は14～18週間、M8/M9は割り当てのみで20週間以上）を必要とすることが多く、試験委員会1つあたりに消費される教材量もはるかに多いため、割り当て要件が大きくなり、充足が難しくなります。早期に予測を行い、2つ目の試験の資格を取得することが不可欠です。