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 PCB内部層にクリティカルトラックを配置する根拠

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PCB の表面層にクリティカル トラックを配置しない理由をここにいくつか説明します。当然のことですが、我々すべてが時に妥協しなければならないときがあります。クリティカル トラックを外部層に配置する場合もあります。しかし、外部層に配置するには何かに妥協していることを忘れないでください。

外部デバイスの電気的干渉に対する脆弱性

他の電気デバイスからの放射信号、例えば携帯電話、電動モーター、コンピューターおよびモニターなどがすべて我々の周りにあります。PCB の表面層トラックなど暴露された導体がそれらの信号をまさにアンテナと同じように受信します。外部から受信した信号は実際の信号にノイズとして乗り、PCB を設置した場所での回路の正常な動作を妨げます。

逆に、内部層の導体は導体の両側に配した銅層によりそのような放射信号からうまい具合にシールドされています。放射線は基板の隅、各層の間から入ってきますが、放射線が基板層に深く入り込む前に銅面で吸収されることによって減衰します。そのような理由からクリティカル トラックは基板の隅から離して設置します。層厚の 10倍の距離が理想的な最低の距離として推奨されています。

(ところで、トラックそのものが放射線を受信すると共に放射しますので、その逆もまた然りです。ですから、上述のように放射線を抑える最良の方法はトラックを銅板の間に配置することで、こうすることで放射も抑えることができます。上述の如く、放射線は基板の隅から逃げていきますので、同様に 10 倍層厚のガイドラインが適用されます。)

インピーダンスを決定する成分の制御

近接する導体の形状とその近接度が導体インピーダンス値を決定する成分です。PCB を実際に使用する際には、表面トラック近くに配置された他の基板の導体表面、ケーブルおよびシャーシ部品によって表面導体のインピーダンスが変わります。

隣接するすべての導体の位置があらかじめ決められている内部層に特性インピーダンスのトラックを配置することで、認められた環境を維持し、インピーダンス値を保つことができます。

トラック断面形状の正確な制御

トラックの断面形状を正確にすると導体表面周りの電荷を確定できるのでインピーダンスを保つことができます。電荷はトラックの鋭角な角に集まる傾向があるので、その周りの電界が強くなり、平坦なトラック表面の中心部では比較的弱くなります。角の角度が少し広くなるだけでその角(丸くなった)から離れたところで電荷の分布が変わります。このようにして電界の分布が変わり、ひいてはインピーダンスも変わります。

フィールド ソルバーは長方形または台形のトラック形状を受け入れます。というのはそれが高品質のエッチング工程を経た後の通常の形状だからです。内部層のトラックは上記の説明を満たしていますが、外部層のめっきしたトラックの長方形または台形は鋭角性に欠けるため、結果として設計インピーダンス値が出ないことになります。

トラック 断面寸法の正確な制御

トラック断面の寸法を正確にすることで、トラックからトラック、トラックから電源グランド層の間隔など他の寸法を決めるのに役立ちます。これらのすべての寸法は外部層のめっきを施したトラックよりも内部層(めっきしていない)トラックのほうがより正確かつ確実に製作されます。めっきした外部トラックの寸法誤差が積み重なるとインピーダンスが設計値から大きく逸れることになります

トラックのレジスト厚と形状

外部層のトラックは通常比誘電体のマテリアルでレジストされます。もっとも薄いレジストの場合でも電界の形状が大きく変わります。よってトラックのインピーダンスも大きく変わります。

設計はレジストの均一性を考慮して行われる例えば、レジストは比誘電体ラミネート マテリアルのレジストと同様にトラックに均一な厚さにレジストされます。レジストはトラックぺ外部のラミネートのレジストと同様に差動トラック間の比誘電体ラミネートでも均一な厚さにレジストされます。トラック側のレジスト(水平に測定する)はトラック表面のレジストと同じ厚さにします。しかし、十中八九この仮説は間違っています。

レジストそのものおよびその厚さはレジストのマテリアル(および液体特性)、レジストの方法(ブラシまたはスプレー)、レジストの方向、トラックの隙間寸法など様々なパラメータによって変わります。一般的にはレジストはある意味で 「均一」の施されたとしても、ほとんどの比誘電体ラミネート面では「普通」の厚さに硬化する前とその硬化工程でレジストの状態が変わり、差動ペアのスペースの狭いトラック間(特に差動ペアの場合で、通常スペースはさらに狭くなる)では厚くなり、トラック表面では薄くなります。誰でも液体レジストがトラックの表面から溝に流れ落ちることは容易に想像つくと思います。毛管現象によって垂直なトラック面をレジストが這い上がり、狭い溝ではさらにその傾向が強まります。レジストが乾くとその表面は滑らかで、丸みを帯びたものになり、基板表面全体にわたってその厚みは設計値と異なります。その結果、インピーダンスは設計値から大きくずれることになります。

フィールド ソルバーは原則的には設計者およびメーカーがレジストの特性を予測し、定義した場合のみその形状を考慮します。これはそれほど実用的ではありませんが、クリティカルな導体はまわりの比誘電体の高さおよび厚さの精度が厳しく求められる内部層に閉じ込めるのが最良の方法です。

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