高密度アプリケーション向けに重い銅の PCB を設計するのは困難な作業のように思えるかもしれませんが、実際はそうではありません。私は重銅 PCB サプライヤーとして、これらの特殊な回路基板を作成する際の課題とメリットを直接見てきました。このブログ投稿では、高密度アプリケーションの要求を満たす厚銅 PCB を設計する方法に関するヒントをいくつか紹介します。
重い銅の PCB を理解する
まず、重銅 PCB とは何かについて話しましょう。標準の PCB とは異なり、厚銅 PCB には、一般的な 1 平方フィートあたり 1 オンスまたは 2 オンスの銅層よりも厚い銅層があります。通常、1 平方フィートあたり 3 オンス以上の銅の厚さについて話します。この余分な銅により、特に高密度アプリケーションにおいて、重い銅の PCB にいくつかの独特の利点がもたらされます。
重銅の主な利点の 1 つは、大電流を処理できることです。高密度アプリケーションでは、基板に大量の電力が流れることが多く、標準的な PCB では過熱せずに電力を処理できない場合があります。重い銅の PCB はより効果的に熱を放散し、熱くなりすぎずに大きな電流を流すことができます。これはシステム全体の信頼性にとって非常に重要です。
高密度アプリケーションの設計上の考慮事項
コンポーネントの配置
高密度アプリケーション用の厚銅 PCB を設計する場合、コンポーネントの配置が重要です。利用可能なスペースをできるだけ効率的に使用したいと考えています。まず、電力を大量に消費するチップや高周波デバイスなど、最も重要なコンポーネントを特定します。これらのコンポーネントを互いに近づけて配置し、それらを接続する配線の長さを最小限に抑えます。
たとえば、大量の電力を必要とする電源モジュールとマイクロコントローラーがある場合は、それらを近くに置いてください。これは、電源配線の抵抗を減らすだけでなく、信号の完全性にも役立ちます。同時に、適切な換気を可能にし、過熱を防ぐために、コンポーネント間に十分なスペースを残す必要があります。
トレースルーティング
トレース ルーティングは、設計のもう 1 つの重要な側面です。高密度アプリケーションでは、小さな領域で多数のトレースが実行される可能性があります。重い銅の PCB 上にトレースを配線する場合は、トレースの幅と間隔に注意する必要があります。
一般に、配線幅が広いほど高電流を流すのに適していますが、利用可能なスペースとのバランスも考慮する必要があります。トレース幅計算ツールを使用して、現在の要件に基づいて適切な幅を決定できます。配線間隔については、短絡やクロストークを防ぐために配線間に十分な距離があることを確認してください。
さらに、トレースをできるだけ真っ直ぐに保つようにしてください。特に高周波において信号反射を引き起こす可能性があるため、鋭い角は避けてください。トレースの方向を変更する必要がある場合は、代わりに丸い角を使用してください。
熱管理
先ほど述べたように、高密度アプリケーションでは熱放散が大きな懸念事項となります。厚銅 PCB はすでに標準 PCB よりも熱処理が優れていますが、適切な熱管理を行うように設計する必要があります。
これを行う 1 つの方法は、サーマル ビアを追加することです。これらは、PCB の異なる層を接続する小さな穴で、内層から外層への熱の伝達を助け、熱がより容易に放散されます。 PCB に銅を流し込むこともできます。銅は熱伝導性に優れているため、基板上の銅の面積を大きくすると熱を均一に分散させることができます。
材料の選択
厚銅 PCB に選択する材料は、そのパフォーマンスに大きな影響を与える可能性があります。基板には、良好な熱特性を持ち、高密度アプリケーションの高温や機械的ストレスに耐えられる材料を選択する必要があります。
重量銅 PCB の一般的な基板材料には、一般的でコスト効率の高いオプションである FR - 4 が含まれます。ただし、より要求の厳しいアプリケーションの場合は、次のような材料の使用を検討することもできます。高温ポリイミドPCB。ポリイミドは熱安定性に優れており、変形することなく高温に耐えることができます。
PCB に使用される銅も重要です。一貫した厚さの高品質の銅を選択してください。これにより、PCB が必要な電流を確実に流し、信頼性の高いパフォーマンスを提供できるようになります。
製造容易性を考慮した設計 (DFM)
高密度アプリケーション用の厚銅 PCB を設計する場合、製造プロセスを念頭に置くことが重要です。紙の上では見栄えのするデザインを製造するのは簡単ではない可能性があり、遅延やコストの増加につながる可能性があります。
設計プロセスの開始時から PCB メーカーと緊密に連携してください。彼らは、最小トレース幅、ドリル サイズ、層の積層などに関する貴重なフィードバックを提供できます。たとえば、一部の製造プロセスでは、達成できる最小トレース幅に制限がある場合があります。これらの制限を事前に知っておくことで、それに応じてデザインを調整できます。
テストと検証
厚銅 PCB を設計したら、それをテストして検証します。シミュレーションから開始して、信号の完全性、電力配分、熱性能などを確認できます。これらのシミュレーションに役立つソフトウェア ツールが多数あります。
シミュレーションの後、PCB のプロトタイプを構築する必要があります。プロトタイプを徹底的にテストして、高密度アプリケーションのすべての要件を満たしていることを確認します。電気接続、消費電力、温度分布などを確認します。テスト段階で問題が見つかった場合は、設計に戻って必要な調整を行ってください。
高密度アプリケーション向けの他のタイプの PCB
厚銅 PCB に加えて、高密度アプリケーションに適した他のタイプの PCB もあります。例えば、多層高速PCBトレースを配線するためのより多くのスペースを提供し、高速信号を処理できます。これらの PCB には複数の導電性材料層があり、より複雑な回路設計が可能になります。
マイクロLED PCB特に高解像度のディスプレイや照明システムを必要とするアプリケーションにとっては、もう 1 つのオプションです。これらの PCB は、マイクロ LED の小型サイズと高密度の要件をサポートするように設計されています。
高速伝送基板高速データ転送が重要なアプリケーションに最適です。これらの PCB は信号損失と干渉を最小限に抑え、信頼性の高いデータ伝送を保証するように設計されています。
環境に優しいオプションをお探しの場合は、ハロゲンフリーPCB素晴らしい選択です。これらの PCB には有害な化学物質であるハロゲンが含まれていないため、エレクトロニクス業界でますます普及しています。
結論
高密度アプリケーション向けの厚銅 PCB の設計には、慎重な計画と細部への注意が必要です。このブログ投稿で共有したヒントに従うことで、アプリケーションの要求を満たす高性能 PCB を作成できます。
厚銅 PCB や、前述した他の種類の PCB の市場にいらっしゃる場合は、ぜひご相談ください。サプライヤーとして、私にはお客様の PCB のニーズに応える経験と専門知識があります。設計プロセスを始めたばかりの場合でも、注文する準備ができている場合でも、お気軽にお問い合わせください。お客様の高密度アプリケーションに最適な PCB を作成するためにどのように協力できるかについて話し合いましょう。
参考文献
- IPC - 2221A: プリント基板設計に関する一般規格
- IPC - 4101D: リジッドおよび多層プリント基板の基材の仕様