レイヤースタックの定義

PCBは、層のスタックとして設計および形成されます。プリント基板(PCB)製造の初期には、基板は単に一方または両方の側面に薄い銅層を貼り付けた絶縁コア層でした。接続は、不要な銅をエッチングによって除去することで、銅層内に導電性のトレースとして形成されます。

        
左側に示されているのは、初期のPCB設計に典型的な片面PCBです。右側はリジッドフレックスPCBで、リジッド（硬い）セクションがフレキシブル（柔軟な）PCBセクションを介して接続されています。

今日に至るまで、ほとんどのPCB設計には複数の銅層が含まれています。技術革新と処理技術の洗練により、PCB製造において革命的な概念がいくつか生まれました。これには、柔軟なPCBを設計および製造する能力が含まれます。PCBの硬い部分を柔軟な部分を介して結合することで、通常の形状の筐体に収めるために折りたたむことができる複雑なハイブリッドPCBを設計することができます。

プリント基板設計において、レイヤースタックは、Z平面または垂直方向にレイヤーがどのように配置されているかを定義します。それが単一の実体として製造されるため、リジッドフレックスボードを含むあらゆるタイプのボードは、単一の実体として設計されなければなりません。これを行うために、設計者は複数のPCBレイヤースタックを定義し、異なるレイヤースタックをリジッドフレックス設計の異なるゾーンに割り当てることができる必要があります。

レイヤースタックマネージャー

PCBレイヤースタックの定義は、成功したプリント基板設計の重要な要素です。現代の多くのPCBの配線は、単なる電気エネルギーを転送する一連の単純な銅接続ではなく、回路要素または伝送線の一連として設計されています。

成功した高速PCB設計を達成することは、適切な片面および差動配線インピーダンスを達成するために必要な配線寸法とクリアランスに対して、材料選択とレイヤースタックアップおよび割り当てをバランスさせるプロセスです。また、現代の高速PCBを設計する際に考慮すべき他の多くの設計上の考慮事項があります。これには、レイヤーペアリング、慎重なビア設計、可能なバックドリリング要件、リジッド/フレックス要件、銅バランス、レイヤースタックの対称性、および材料の適合性が含まれます。

レイヤースタックマネージャーは、これらすべてのレイヤー固有の設計要件を単一のエディターに統合します。

Layer Stack Managerを開くには、PCBエディタのメインメニューからDesign » Layer Stack Managerを選択します。Layer Stack Managerは、回路図シート、PCB、および他のドキュメントタイプと同様に、ドキュメントエディタで開きます。

レイヤースタックの管理に関するすべての側面は、Layer Stack Managerで行われます。

標準のドキュメントエディタとして、レイヤースタックマネージャー（LSM）は、基板の作業中に開いたままにしておくことができ、LSMと基板の間を行き来することができます。画面の分割や別のモニターでの開きなど、標準的なビューの動作がサポートされています。

機能は、レイヤースタックマネージャーの下部に表示されるいくつかのタブに分かれています：

レイヤースタックのプロパティを編集する

Layer Stack Managerは、レイヤーのPropertiesをスプレッドシートのようなグリッドで表示します。プロパティはグリッド内で直接編集することも、Propertiesパネルで編集することもできます。このパネルは、Layer Stack Managerの各タブで使用でき、例えば、Impedanceタブではインピーダンスプロファイルや伝送線のプロパティへのアクセスを提供し、Via TypesタブではµViaの設定にアクセスできます。

レイヤースタックマネージャーのPropertiesパネルのいくつかのモードです。

Propertiesパネルは、ソフトウェアの右下にある ボタンを通じて有効/無効にすることができます。

レイヤースタックドキュメントのスタックアップタブがアクティブな場合、Propertiesパネルを使用してレイヤースタックのレイヤープロパティを編集できます。

レイヤースタックマネージャーモードのPropertiesパネル：オーバーレイ層、内部層、誘電体層、およびプレーン層。

• 名前 – レイヤーの名前。
• 製造者 – レイヤーの製造者。
• 材料 – レイヤーの材料。これは、構造フィールドのツール » 材料ライブラリでAltium 材料ライブラリダイアログで事前に定義されるか、レイヤースタックでユーザー定義されます。レイヤースタック内の現在選択されているレイヤーの望ましい材料を選択するために、材料選択ダイアログを開くためにをクリックします。
• 厚さ – 信号層の厚さ。
• Dk – これは誘電率定数（電磁気学ではεrとも呼ばれます）。これは絶縁材料の相対誘電率を示し、電場内で電気エネルギーを蓄える能力を指します。絶縁目的では、誘電率が低い材料が望ましく、RFアプリケーションでは、誘電率が高い材料が望ましい場合があります。さらに、相対誘電率が低いほど、材料の性能は空気に近くなります。この特性は、特定の伝送線のインピーダンス要件を満たすために重要です。
• Df – これは損失係数です。これは、機械的、電気的、または電気機械的振動などの特定の振動モードに対するエネルギー損失の割合を示すことにより、絶縁材料の効率を示します。言い換えれば、これは材料が伝達されたエネルギーのどれだけを吸収するかを説明する材料の特性です。損失正接が大きいほど、材料へのエネルギー吸収が大きくなります。この特性は、高速での信号減衰に直接影響します。
• プロセス – PCBの外側の信号層（トップレイヤーとボトムレイヤー）を構成する基板銅に適用される銅めっきプロセスを表示します。
• 重量 – 通常、オンス/平方フィート（例：0.5 oz/ft²）で表される、単位面積あたりの銅の重量。
• 方向 – これは、そのレイヤー上でコンポーネントがどのように向いているか（向き）を定義します。トップとボトムの両側については、新しいボードで自動的に設定されます。他の信号層については、以下の用途があります：
  • リジッドフレックス設計では、内部信号層に取り付けられたコンポーネントがフレックスセクションの表面層になる場合、ソフトウェアはそれらのコンポーネントがどの方向を向いているかを知る必要があります。必要な方向を選択するためにドロップダウンを使用します。選択肢には：許可されていない、トップ、ボトムがあります。
  • 埋め込みコンポーネントを含む設計の場合、ソフトウェアはコンポーネントがどの方向を向いているかを知る必要があります。埋め込みコンポーネントを使用したPCBの設計ページを参照して、レイヤースタックでコンポーネントの方向を設定する方法についての情報を確認してください。必要な方向を選択するためにドロップダウンを使用します。選択肢には：許可されていない、トップ、ボトムがあります。
• 銅の方向 – これは、銅がコアにラミネートされる方向を定義します。上または下を選択するためにドロップダウンを使用します。これは、エッチングされる方向を決定します。

向きは、Propertiesパネルのスタックアップモードで銅の向きドロップダウンを使用して設定できます（現在表示されている場合）。または、Propertiesパネルのインピーダンスプロファイルモードでトレース反転チェックボックスを使用して設定できます。

• プルバック距離 - 平面エッジからボードエッジまでの距離。
• 周波数 - 材料がテストされる周波数であり、Dk / Dfの値が特定の周波数に対応します。周波数は材料の参照からも取得されます。
• 説明 - 意味のある説明を入力してください。
• 構造 - 誘電層について、この層の構造を表示します。数値参照は、誘電層材料に使用される織りガラス布の構造に関連しています。これらはPCB製造業者によって使用される標準的な参照です。
• 樹脂 - 層の樹脂の割合を表示します。

• 材料の周波数 – これは材料がテストされる周波数であり、Dk / Dfの値が特定の周波数に対応しています。周波数は材料の参照からも取られます。
• ガラス転移温度 – これはガラス転移温度（T_Gとしても知られています）であり、樹脂がガラス状態から非晶質状態へ変化し、その機械的挙動、例えば膨張率が変化する温度です。
• 注記 – レイヤーに関する重要な注記を入力します。
• コメント – レイヤーに必要なコメントを入力します。

• スタックの対称性 - レイヤースタックの対称性を維持します。レイヤースタックの対称性セクションを参照して、詳細を学んでください。
• ライブラリの遵守 - 有効にすると、マテリアルライブラリから選択された各レイヤーについて、現在のレイヤーのプロパティがライブラリ内のその材料定義の値と照合されます。
• サブスタック - この情報は、現在選択されているサブスタック（レイヤー、誘電体、厚さなど）に関するものです。サブスタックを切り替えると、この情報はそれに応じて更新されます（現在選択されているサブスタックについて）。

• スタック名 – サブスタックの名前を入力します。X/Yスタックアップ領域がレイヤーサブスタックに割り当てられる場合に、サブスタックの命名が役立ちます。
• フレックスか – サブスタックがフレックスである場合は有効にします。
• レイヤー – 導電層の数。
• 誘電体 – 誘電体の数。
• 導電層の厚さ – すべての信号層とプレーン層（すべての銅または導電層）の厚さの合計です。
• 誘電体の厚さ – 誘電体層の厚さ。
• 総厚さ – 完成したボードの総厚さ。
• 粗さ – 導電層の粗さを示します。
• モデルタイプ – 表面粗さの影響を計算するための好ましいモデル（さまざまなモデルに関する以下の記事を参照してください）。スタック内のすべての銅層に適用されます（サブスタックであるべきですか？）。
• 表面粗さ – 表面粗さの値（製造業者から入手可能）。0から10µmの間の値を入力してください。デフォルトは0.1µmです
• 粗さ係数 – 粗さ効果による導体損失の予想される最大増加を特徴づけます。1から100の間の値を入力してください。デフォルトは2です。

レイヤースタックの定義

Stackupタブのレイヤースタックマネージャーで追加したレイヤーは、製造プロセス中に製造されるレイヤーです。

レイヤーのプロパティPropertiesは、グリッドに直接入力するか、材料ライブラリから選択できます。

レイヤーのプロパティは、グリッド内またはPropertiesパネルで直接編集できます。

レイヤープロパティと材料の設定

各レイヤーのプロパティは、LSMグリッドで直接編集することも、Materialセルの選択されたレイヤーに対して省略記号ボタン（）をクリックして、事前に定義された材料を材料ライブラリから選択することもできます。このページの前の部分にあるスタックアップタブの折りたたみセクションは、レイヤーを追加、削除、編集、並べ替えるためのさまざまな技術をまとめています。

ユーザー定義のプロパティ列を追加でき、すべての列の表示を列を選択ダイアログで設定できます。ダイアログを開くには、グリッド領域の任意の列見出しを右クリックし、コンテキストメニューから列を選択を選択します。

列を選択ダイアログ

レイヤータイプとその特性

プリント基板の製造に使用される材料は多岐にわたります。以下の折りたたみセクションの表には、一般的に使用される材料の簡単な要約が記載されています。

材料ライブラリとライブラリのコンプライアンス

好ましいレイヤースタック材料は、材料ライブラリで事前に定義することができます。レイヤースタックマネージャーで、Tools » Material Libraryを選択して、Altium 材料ライブラリダイアログを開き、既存の材料を確認したり、新しい材料定義を追加したりすることができます。

Altium Material Libraryダイアログ

特定のレイヤーの材料は、Altium Material Library ダイアログで選択されていません。レイヤーに特定の材料を使用するには、レイヤースタックグリッドのMaterialsセルでそのレイヤーの省略記号（）をクリックするか、レイヤーがレイヤースタックグリッドで選択されているときにMaterial フィールドでをクリックします。これにより、Select Material ダイアログが開き、省略記号コントロールがクリックされたレイヤーに適した材料のみをライブラリに表示するように制限されます。 Select Materialダイアログ

Altium Material Library ダイアログや Select Material ダイアログで表示される列を選択するには、Material Library Settings ダイアログを開くために、このボタンをクリックします。

「材料ライブラリ設定」ダイアログ

ライブラリ準拠チェックボックスが レイヤースタックマネージャーで有効になっている場合、マテリアルライブラリから選択された各レイヤーについて、現在のレイヤー属性がライブラリ内のその材料定義の値と照合されます。準拠していないプロパティはエラーフラグでマークされます。材料を再選択（）して、値をマテリアルライブラリの設定に更新します。

レイヤースタックの対称性

ボードレイヤースタックを対称にする必要がある場合は、Propertiesパネルのボード領域でスタック対称チェックボックスを有効にします。これを行うと、レイヤースタックは中央の誘電体層を中心に直ちに対称性がチェックされます。中央の誘電体基準層から等距離にある任意のペアのレイヤーが同一でない場合、Stack is not symmetricダイアログが開きます。

ダイアログ上部のレイヤースタック対称性の不一致グリッドは、レイヤースタックの対称性における全ての検出された矛盾を詳細に説明します。

ダイアログの下部領域には、レイヤースタックの対称性を達成するための以下のオプションが提供されています：

• 上半分を下に反転 - 中央の誘電体層より上にある各層の設定が、対称のパートナー層にコピーされます。
• 下半分を上に反転 - 中央の誘電体層より下にある各層の設定が、対称のパートナー層にコピーされます。
• 全体を下に反転 - 最後の銅（表面仕上げ）層の後に追加の誘電体層が挿入され、その後、すべての信号層と誘電体層がこの新しい誘電体層の下に複製されてミラーされます。
• 全体を上に反転 - 最初の銅（表面仕上げ）層の前に追加の誘電体層が挿入され、その後、すべての信号層と誘電体層がこの新しい誘電体層の上に複製されてミラーされます。

レイヤースタックの可視化

レイヤースタックを確認する優れた方法は、3Dで視覚化することです。*Layerstack Visualizer* ダイアログでは、レイヤースタックを2Dまたは3Dのどちらかで見ることができます。

• レイヤースタックマネージャーでTools » Layerstack Visualizerを選択して、レイヤースタックビジュアライザーを開きます。
• コントロールを使用して、レイヤースタックの表示を設定します。
• 右クリックしてドラッグすると、ビジュアライザー内でボードの向きを変更できます。
• 画像を左クリックし、その後Ctrl+CでWindowsのクリップボードに画像をコピーします。

リジッドフレックスサブスタックの定義と設定

メイン記事： リジッドフレックス設計

リジッドフレックスは現在積極的に開発されており、リジッドフレックス設計のための2つのモードをサポートしています。オリジナルまたは標準モードとして知られるリジッドフレックスは、シンプルなリジッドフレックス設計をサポートしています。もし、重なり合うフレックス領域のような、より複雑なリジッドフレックス要件がある設計の場合は、アドバンスドリジッドフレックスモード（リジッドフレックス2.0としても知られています）が必要です。アドバンスドモードでは、重なり合うフレックス領域だけでなく、サブスタックの視覚的定義、リジッドおよびフレキシブルボード領域の定義が容易、ネストされたカットアウト上の曲げ、カスタム形状の分割、ブックバインダータイプの構造のサポートも提供します。必要なモードは、下記のようにレイヤースタックマネージャーで選択されます。

画像にカーソルを合わせると、標準モードまたはアドバンスドリジッドフレックスモードを選択したときのインターフェースの変化が表示されます。(画像の上にカーソルを置くと、違いが表示されます)
►  リジットフレックスPCBの設計についてもっと学ぶ。

リジッドフレックス設計の各別々のゾーンや領域は、異なる数の層で構成することができます。それを実現するためには、サブスタックと呼ばれる複数のスタックを定義する能力が必要です。

► リジッドフレックスPCBの設計についてもっと学ぶ

レイヤースタックの保存と読み込み

スタックアップドキュメントファイルを使用したレイヤースタックの保存と読み込み

現在のスタックアップをスタックアップドキュメントファイル（*.stackupまたは*.stackupx）に保存するには、メインメニューから File » Save Asコマンドを使用します。ダイアログが開き、ファイルの場所、名前、タイプを選択できます。

既存のスタックアップドキュメントファイルからスタックアップを読み込むには、メインメニューからFile » Load Stackup from Fileコマンドを使用します。スタックアップドキュメントを開くダイアログが表示され、そこから希望のファイルを参照して開くことができます。

接続されたワークスペースを使用してレイヤースタックを保存および読み込む

現在のスタックアップを接続されたワークスペースに保存するには、メインメニューからFile » Save to Serverコマンドを選択します。計画されたアイテムリビジョンを選択ダイアログが表示されますので、これを使用して、スタックアップをその次のリビジョンに保存する既存のワークスペースレイヤースタックを選択します。

既存のワークスペーススタックアップを編集するには、Preferencesダイアログのデータ管理 - テンプレートページのテンプレートタブでそのエントリを右クリックし、コンテキストメニューから編集コマンドを選択します。一時エディタが開き、最新のリビジョンに含まれるテンプレートのワークスペーススタックアップが編集用に開かれます。必要に応じて変更を加え、次にワークスペーススタックアップのリビジョンにスタックアップを保存します（プロジェクトパネルでスタックアップエントリを右クリックし、サーバーに保存を選択）。

接続されているワークスペースからスタックアップを読み込むには、メインメニューからFile » Load Stackup From Serverコマンドを選択します。アイテムリビジョンの選択ダイアログが表示されますので、これを使用してワークスペースのレイヤースタックからレイヤースタックアップデータを読み込みます。

事前定義されたレイヤースタックの読み込み

Tools » Presetsメニューには、事前に定義されたレイヤースタックがいくつか用意されています。

レイヤースタックのエクスポート

現在のレイヤースタックは、メインメニューからFile » Export CSVコマンドを選択することで、スプレッドシート(*.csv)ファイルにエクスポートできます。コマンドを起動すると、名前を付けて保存ダイアログが開き、*.csvファイルの希望の場所と名前を選択できます。

File » Export To Simbeorコマンドを使用すると、レイヤースタックをSimbeorファイル(*.esx)にもエクスポートできます。

その他のレイヤー関連の設計タスク

レイヤースタック内のレイヤーは、設計を構築するための空間を形成します。レイヤースタックマネージャーで行われないレイヤーに関連する設計タスクがいくつかあります。これらのタスクは以下に要約され、詳細へのリンクがあります。

ボード形状の定義

レイヤースタックがZ平面でボードを定義する場所で、ボード形状はXおよびY平面でボードを定義します。ボードアウトラインとも呼ばれるボード形状は、ボードの全体的な範囲を定義する閉じた多角形の形状です。ボード形状は、単一のボード領域（従来のリジッドPCB用）または複数のボード領域（リジッドフレックスPCB用）で構成されることがあります。 ボード形状は次のようになります：

• 手動で定義 - 既存の形状を再定義するか、1つ以上の新しいボード領域をボード計画モードで配置することによります。
• 選択したオブジェクトから定義 - 通常、機械層のアウトラインから行われます。別の設計ツールからアウトラインがインポートされている場合、このオプションを使用します。
• 3Dボディから定義 - 空のボードがMCADツールからSTEPモデルとして3Dボディオブジェクトにインポートされている場合、このオプションを使用します（Place » 3D Body）。
• MCADパッケージから直接引き出し - Altiumは、Altium CoDesignerと呼ばれる直接のECAD - MCAD設計技術を開発しています。ECAD-MCAD CoDesignについてもっと学びましょう。

プレーンレイヤーにネットを割り当てる

パネルページ： スプリットプレーンエディタ
関連ページ： 内部電源 & スプリットプレーン

スプリットプレーンエディタモードのPCBパネルで、プレーンレイヤーまたはスプリットプレーン領域にネットを割り当てます。

パネルにはすべてのプレーンレイヤーがリストされています。レイヤーセクションでレイヤーが選択されると、その下のセクションにそのレイヤー上のすべての分割プレーンゾーンがリストされます（プレーンが連続しており、分割が定義されていない場合は1つだけになります）。分割プレーンゾーンをダブルクリックすると、分割プレーンダイアログが開き、ネットを割り当てることができます。また、プレーンレイヤーがアクティブレイヤーであるときにワークスペース内のレイヤーをダブルクリックしても、ダイアログが開きます。

内部信号レイヤーに実装されたコンポーネントのためのレイヤースタックの設定

関連記事： 埋め込みコンポーネント

内部信号レイヤーにコンポーネントを実装する場合、2つの状況があります：

1. 埋め込みコンポーネントがある場合、または
2. リジッドフレックスボードのフレックス領域にコンポーネントが取り付けられており、そのフレックス層がボードのリジッドセクションの中間層から伸びている場合。

ソフトウェアは、コンポーネントが取り付けられている各層でコンポーネントがどのように向いているかを知る必要があります。これにより、コンポーネントのプリミティブを反転する必要があるかどうかがわかります。これは、トップレイヤーとボトムレイヤーについては自動的に設定されます。他の層については、設定は設計者によって構成されます。

内部信号層に埋め込まれたコンポーネント（コンポーネントは青い輪郭で、キャビティはオレンジの輪郭で強調表示されています）。

• コンポーネントの向きは、Layer Stack ManagerのStackupタブのOrientation列でレイヤーごとに設定されます。
• Orientation列が表示されていない場合は、レイヤーグリッドの既存の見出しを右クリックしてから、コンテキストメニューからSelect columnsを選択して有効にします。
• レイヤー上のコンポーネントは、上向き（Top）または下向き（Bottom）のいずれかにすることができます。

レイヤースタックの文書化

オブジェクトページ： レイヤースタックテーブル

ドキュメント作成は、設計プロセスの重要な部分であり、リジッドフレックス設計のような複雑なレイヤースタック構造を持つ設計にとって特に重要です。これをサポートするために、Altium Designerにはレイヤースタックテーブルが含まれており、これはワークスペース内のボード設計の隣に配置（Place » Layer Stack Table）され、配置されます。レイヤースタックテーブルの情報はレイヤースタックマネージャーから取得されます。

設計を文書化するためにレイヤースタックテーブルを含めます。

• レイヤースタックテーブルを配置するには、Place » Layer Stack Tableを選択します。
• レイヤースタックテーブルには以下の詳細が記載されています：
  • 設計で使用されるレイヤー
  • 各レイヤーに使用される材料
  • 各レイヤーの厚さ（およびオプションで基板の総厚さ）。
  • 誘電率定数
  • 各スタックの名前とそのスタックで使用されるレイヤー
• 配置されたテーブル上のどこかをダブルクリックすると、レイヤースタックテーブルモードでPropertiesパネルが開きます。
• レイヤースタックテーブルには、基板の各領域に割り当てられたさまざまなレイヤースタックを示す基板のアウトラインをオプションで含めることができます。ボードマップを表示オプションとスライダーバーを使用してマップ設定を構成します。

ドリルテーブルの含有

オブジェクトページ： ドリルテーブル

Altium Designerには、他の設計オブジェクトと同様に配置されるインテリジェントなドリルテーブルが含まれています。このテーブルは、全レイヤーペアに必要なドリル（コンポジット）を表示することも、特定のレイヤーペアを表示することもできます。各レイヤーペアごとに別々のドリル情報を好む場合は、使用される各レイヤーペアに対してドリルテーブルを配置してください。

高品質、柔軟な設計文書

メイン記事： ドラフトマン

Altium Designerは、専用の文書編集エディターであるドラフトマンも提供しています。ドラフトマンは、寸法、注釈、レイヤースタックテーブル、ドリルテーブルを含む高品質な文書を作成するための環境として、一から構築されました。専用のファイル形式と一連の描画ツールに基づいて、ドラフトマンは、カスタムテンプレート、注釈、寸法、コールアウト、および注記を使用して、製造および組み立て図面をまとめるためのインタラクティブなアプローチを提供します。

ドラフトマンは、ボード等角ビュー、ボード詳細ビュー、およびボードリアルビュー（3Dビュー）を含む、より高度な描画機能もサポートしています。

単一ページまたは複数ページのドラフトマン文書に、図面ビュー、オブジェクト、自動注釈を配置します。 ► ドラフトマンについてもっと学ぶ

レイヤースタックアップ用語