多層PCBの登場

歴史的に、プリント基板は主に単層または二層構造を特徴としており、信号劣化や電磁干渉（EMI）の影響により、高周波アプリケーションへの適合性に制約がありました。しかし、多層プリント基板の導入により、信号品質、電磁干渉（EMI）の軽減、そして全体的な性能において顕著な進歩がもたらされました。

多層PCB（図1）は、絶縁基板によって分離された多数の導電層で構成されています。この設計により、信号と電源プレーンの高度な伝送が可能になります。

多層プリント基板（PCB）は、単層または二層のPCBとは異なり、3層以上の導電層が絶縁材料（一般に誘電体層と呼ばれる）によって分離されている点が異なります。これらの層間の相互接続は、異なる層間の通信を容易にする微小な導電経路であるビアによって容易になります。多層PCBの複雑な設計により、部品の高密度実装と複雑な回路構成が可能になり、最先端技術に不可欠なものとなっています。

多層PCBは、フレキシブルPCB構造内に多層構造を実現するという固有の課題から、一般的に高い剛性を備えています。層間の電気的接続は、ブラインドビアやベリードビアなど、複数の種類のビア（図2）を利用して確立されます。

この構成では、プリント基板（PCB）と外部環境との接続を確立するために、表面に2つの層を配置します。一般的に、プリント基板（PCB）の層密度は均一です。これは主に、奇数層では反りなどの問題が発生しやすいためです。

層の数は、通常、特定のアプリケーションに応じて異なりますが、通常は 4 層から 12 層の範囲になります。
通常、ほとんどのアプリケーションでは、最低4層、最大8層が必要です。一方、スマートフォンなどのアプリでは、合計12層が使用されることがほとんどです。

主な用途

多層 PCB は、次のような幅広い電子アプリケーションで使用されます (図 3)。

●民生用電子機器では、スマートフォン、タブレット、ゲーム機、ウェアラブルデバイスなど、幅広い製品に必要な電力と信号を供給する上で、多層プリント基板が重要な役割を果たしています。私たちが日々頼りにしている、洗練されたポータブル電子機器は、コンパクトな設計と高い部品密度によって実現されています。

●通信分野では、多層PCBの利用により、ネットワークを介した音声、データ、ビデオ信号のスムーズな伝送が可能になり、信頼性が高く効果的な通信が保証されます。

●産業用制御システムは、複雑な制御システム、監視機構、自動化手順を効果的に管理する能力があるため、多層プリント回路基板（PCB）に大きく依存しています。機械制御盤、ロボット工学、産業オートメーションは、PCBを基本的なサポートシステムとして利用しています。

●多層PCBは、精度、信頼性、そして小型化の確保に不可欠であるため、医療機器にも関連しています。診断装置、患者モニタリングシステム、そして救命医療機器は、その重要な役割によって大きな影響を受けています。

利点とメリット

多層 PCB は、高周波アプリケーションにおいて次のようなさまざまな利点とメリットをもたらします。

●信号品質の向上：多層プリント基板は、インピーダンス制御を容易にし、信号歪みを最小限に抑え、高周波信号の信頼性の高い伝送を保証します。多層プリント基板の信号干渉の低減により、性能、速度、信頼性が向上します。

●EMIの低減：専用のグランドプレーンと電源プレーンを使用することで、多層PCBはEMIを効果的に抑制し、システムの信頼性を高め、隣接する回路との干渉を最小限に抑えます。

●コンパクトな設計: より多くのコンポーネントと複雑な配線方式に対応できる多層 PCB により、モバイル デバイスや航空宇宙システムなどのスペースが限られたアプリケーションにとって極めて重要なコンパクトな設計が可能になります。

●改善された熱管理: 多層 PCB は、サーマルビアと戦略的に配置された銅層の統合により効率的な熱放散を実現し、高出力コンポーネントの信頼性と寿命を向上させます。

●設計の柔軟性: 多層 PCB の汎用性により設計の柔軟性が向上し、エンジニアはインピーダンス整合、信号伝播遅延、電力配分などのパフォーマンス パラメータを最適化できます。