2つの材料、2つの役割
リジッド多層基板は、コアとプリプレグという2つから作られます。
- コアは完全に硬化した積層板で、硬化エポキシ（Cステージ）中のガラス布の両面に銅箔が接着されたものです。基板の板厚と機械的安定性を保ち、積層前に露光・エッチングされた内層回路を担います。
- プリプレグは、半硬化の樹脂を含浸させたガラス布で、銅は付いていません。それ自体に構造剛性はありません。役割は、熱と圧力の下で流れ、銅パターンの周囲の空間を埋め、コア同士を1枚の基板に接着することです。
4層基板はもっとも単純な形では、コア2枚とプリプレグ1層、あるいはスタックアップによってコア1枚とプリプレグ2層になります。
積層中に何が起きるか
積層体は温度をかけてプレスされます。プリプレグの樹脂が軟化し、エッチングされた銅パターンと配線の周囲へ流れ、その後硬化します。この瞬間に2つのことが決まります。
- 最終的な絶縁層厚。樹脂が銅の段差を埋めるため、2層間の絶縁層は公称厚だけでなく、プリプレグの樹脂含有率と銅厚の関数になります。
- 接着の完全性。流動が少なすぎればボイドが残り、多すぎれば樹脂が押し出されて絶縁層が薄くなり、インピーダンスのずれとして現れます。
設計者にとっての意味
材料の違いから3つの帰結が生まれます。
インピーダンス。インピーダンス制御のスタックアップは、配線とその基準との間の絶縁層から計算します。その絶縁層は通常プリプレグです。プリプレグの構成を書かずに「絶縁層 0.1 mm」とだけ記した図面では、製造側が仮定をするしかなく、エッチングの前の時点で ±10 % の公差が危うくなります。
板厚。仕上がり板厚は、コア、流動後のプリプレグ、銅の合計です。厚銅と複数のプリプレグは相互に影響します。銅が多いほど隙間を埋める樹脂が多く必要で、厚銅のスタックアップが「標準構成の箔を厚くしただけ」にならない理由がここにあります。
対称性。コアとプリプレグは膨張挙動が異なります。中心線に対してバランスしたスタックアップは積層とリフローでの反りが小さく、偏った構成は反りとねじれとして現れ、当社では 0.7 % が合格限度です。
スタックアップ図面の読み方
使える図面は、層ごとに銅厚、材料と厚み、そして絶縁層がコアかプリプレグ構成かを記載します。この区別は机上の話ではなく、製造側がどの材料を買うか、設計者が仕上がりの絶縁層厚をどう見積るかを決めます。
厚銅の電源層と微細配線の信号層を混在させる設計では、スタックアップは想定ではなく DFM で合意します。能力の限界は製造対応能力に、基板の選択肢はプリント基板製造にまとめてあります。