レイヤースタックの定義

シンプルな片面PCB。基板を通して下層の回路トラックが見えることに注目。

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。2層から10層の銅層が一般的ですが、30層以上の銅層を持つ基板を製造することも可能です。これらの銅層は、設計環境内で、それらを分離する絶縁材料とともに、レイヤースタックの一部として定義されます。

単一のプリント基板を設計するには、垂直方向、またはZ平面で全体の基板領域を定義する単一のレイヤースタックを定義するだけで十分です。しかし、技術革新と処理技術の洗練により、PCB製造における数々の革命的な概念が生まれました。これには、柔軟なPCBを設計し製造する能力が含まれます。リジッドなPCBのセクションを柔軟なセクションを介して結合することにより、複雑なハイブリッドPCBを設計することができ、これらは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ます。

PCBの剛性部分と柔軟性部分を結合したもの – 創造的でコンパクトな電子製品の設計を支援する革新的なコンセプト。

単一の実体として製造されるため、リジッドフレックス PCB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部分に割り当てる能力が必要です。

PCBレイヤースタックアップ技術と用語

PCB技術は、小型の電子製品を求めるクエストだけでなく、それらの製品に使用するよりコンパクトなコンポーネントを求めるクエストによっても推進されてきました。

コンポーネントをどれだけ小さくできるかの限界要因は、従来、コンポーネントの端に配置されていたコンポーネントの接続点、またはピンへのアクセスを提供するという課題です。接続点の密度を大幅に向上させたのは、グリッドアレイ接続の導入でした - ここでは、コンポーネントの接続点がコンポーネントの底面に沿って列に配置されます。PGA（ピングリッドアレイ）やBGA（ボールグリッドアレイ）などのコンポーネントパッケージは、この接続点の配置を使用しています。

ボールグリッドアレイパッケージの内部構造の例。

コンポーネント内部では、シリコンダイの接続ポイントがダイの端にまだ存在する場合があるため、これらのダイ接続ポイントをPGAまたはBGAパッケージの底面にあるグリッド配列の相互接続に内部的にルーティングする必要があります。これは、しばしば内部PCBを使用して行われます。この内部PCBが、現在、広範なプリント基板設計および製造市場で使用可能な高密度相互接続（HDI）技術の開発を大きく推進しています。

複数のレイヤースタックを持つ単一の設計

メイン記事： リジッドフレックス設計

シンプルなリジッドPCBと同様に、リジッドフレックスPCBも単一のエンティティとして製造されます。これを行うためには、以下の能力が必要です：

• リジッドフレックスPCBの全体形状を定義します。
• リジッドフレックス設計に必要な全ての層を含むマスターセットの層を定義します。
• 複数の層スタックを定義し、各スタックにはPCBのリジッドゾーンとフレキシブルゾーンそれぞれに必要な層のみを含めます。
• 異なるリジッドゾーンとフレキシブルゾーンを定義し、各サブスタックが適用される場所を特定します。
• リジッドフレックスPCBを製造するために必要な詳細な出力製造およびドキュメントファイルを生成します。

このボードは3つの層スタックが定義されており、2つがリジッドスタック、1つがフレックススタックです。

レイヤースタックマネージャーでのレイヤースタックの定義

ダイアログ記事： レイヤースタックマネージャー

すべてのレイヤースタックは、レイヤースタックマネージャーで定義されます。 レイヤースタックマネージャーを開くには、メインメニューからDesign » Layer Stack Managerを選択します。新しいボードの場合、その単一のデフォルトスタックには、下記の画像に示されているように、誘電体コア、2つの銅層、および上下のはんだ/カバーレイおよびオーバーレイ層が含まれます。

Layer Stack Managerは、垂直方向、またはZ方向でボード構造を定義するために使用されます。水平方向、またはX-Y方向でボードを定義するには、まず全体のボード形状を定義することから始めます。リジッドフレックス設計の場合、形状は必要なゾーンまたはボード領域に分割されます。ボード領域が定義されたら、各領域にレイヤースタックが割り当てられます。
レイヤースタックの管理はレイヤースタックマネージャーダイアログで行われます。新しいボードのデフォルトの単一スタックが表示されています。 ダイアログには2つのモードがあります。シンプルモード（上記参照）では、従来のリジッドPCBで必要とされる単一スタックのレイヤーを管理するために必要な機能が提供されます。 リジッドフレックスPCBの場合、複数のスタックを作成して管理する必要があります。これは、ダイアログの左下にあるAdvancedボタンをクリックしてアドバンスドモードに入ることで行われます。

ダイアログの高度なモードに入ることで、スタックの追加と管理のためのコントロールが利用可能になり、ダイアログの下部が表示されます。

このモードでは、ダイアログが視覚的にも機能的にも二つの主要な領域に分けられます：

• スタック領域（下部領域）- レイヤースタックの追加、削除、名前の変更、並び替えを行います。
• レイヤー領域（上部領域）- 定義された各スタックで利用可能なレイヤーを管理します（追加、削除、有効/無効の切り替え、レイヤーの並び替え、各レイヤーのプロパティの定義を行います）。

レイヤースタックの追加、削除、および設定

スタックの追加、削除、およびその順序の設定は、レイヤースタックマネージャーの下半分で行われます。このセクションは、Advancedボタンがクリックされた場合にのみ表示されることに注意してください。

スタックの追加、削除、および設定についての注意点：

1. 新しいボードが作成されると、デフォルトのボードレイヤースタックが定義されます。このスタックは削除することはできませんが、ダイアログの詳細セクションで名前を変更することができます。
2. Add Stackボタンをクリックすると、現在選択されているスタックが複製され、選択されたスタックの右に追加されます。新しいスタックを追加した後、ダイアログのStack Properties領域でNameやその他のプロパティを必要に応じて設定します。
3. レイヤープロパティは、レイヤーがメンバーであるすべてのスタック全体に適用されます。必要に応じて、Add Layerボタンを使用して、各スタックに別々のはんだマスク/カバーレイとオーバーレイレイヤーを追加できることに注意してください。
4. スタックの順序は、スタック領域の右下にある左に移動および右に移動ボタンを使用して、左から右へ変更することができます。スタックがレイヤースタックマネージャーに表示される順序が、ボード設計でどのように使用されるかを決定するわけではないことに注意してください。
5. 各スタックは、それぞれを一意に識別できるように名前を付けるべきです。これにより、正しいスタックが各ユーザー定義のボード領域に適用されることが保証されます。
6. 柔軟性が必要な各スタックは、必要な柔軟性の曲げ特性を適用できるようにFlexオプションを有効にする必要があります。フレックス曲げは、フレックス領域にわたって曲げ線を配置することによって定義されます（Design » Board Shapeメニュー）、詳細についてはボード領域と曲げ線の定義の記事を参照してください。

スタックからのレイヤーの追加と削除

レイヤーは、Layer Stack Managerの上半分で、Add Layerボタン（追加用）または右クリックメニュー（すべての種類の変更用）を使用して追加、削除、並べ替えが行われます。

レイヤーの追加、削除、移動についての注意点：

1. 新しいレイヤーを追加するには、Add Layerボタンをクリックしてから追加するレイヤーのタイプ（シグナルレイヤー、内部プレーン、誘電体、またはオーバーレイ）を選択します。
2. 新しいレイヤーは、レイヤースタックマネージャーの上部にリストされているレイヤーセットに追加されます。デフォルトでは、新しく追加されたレイヤーは、既存のすべてのスタックで使用するために有効になっています。ダイアログの下部にある各スタックを順番に選択し、そのスタックでレイヤーが不要な場合は、上部のレイヤー名の左にあるチェックボックスを使用してレイヤーを無効にします。
3. この動作（自動的にすべてのスタックにレイヤーを追加する）は、はんだマスク/カバーレイおよびオーバーレイレイヤーが追加された場合には発生しません。これらのレイヤータイプは、各スタックに追加/削除することができます。これを行うには、まず必要なスタックを選択します。スタックにはんだマスク/カバーレイおよびオーバーレイレイヤーが既に有効になっている場合、関連するAddコマンドはグレーアウトされます（利用不可）。
4. 最初に、銅レイヤー（シグナルまたはプレーン）が追加されると、誘電体レイヤーも自動的に追加され、スタックの対称性（銅-誘電体-銅-誘電体など）が維持されます。追加される誘電体の位置とタイプは、ダイアログの右上にあるドロップダウンを使用して設定された技術スタイルによって制御されます。ただし、スタイルオプションがカスタムに設定されている場合はこの限りではありません。この場合、選択されたレイヤータイプのみが追加されます（スタイル設定の詳細は以下を参照）。
5. レイヤーをスタック内で上または下に移動するには、レイヤーを右クリックしてMove Layer UpまたはMove Layer Downコマンドを選択するか、Move UpまたはMove Downボタンを使用します。銅または誘電体レイヤーを移動するとき、スタイルオプションがCustomに設定されている場合を除き、隣接する誘電体/銅レイヤーも移動します。カスタムの場合は、選択されたレイヤーのみが移動します。
6. レイヤープロパティは、レイヤーが属するすべてのスタック全体のレイヤーに適用されます。これは、スタックに選択的に追加されたはんだマスク/カバーレイおよびオーバーレイレイヤーには適用されません。
7. 1つ以上のレイヤーを選択して削除することができます。削除されたレイヤーは、使用可能なレイヤーセットから削除され、そのため、現在それを使用しているすべてのスタックから削除されます。
8.  （元に戻す）および （やり直し）ボタンを使用して、レイヤースタックの変更を後方または前方に巻き戻します。

レイヤースタックの保存と読み込み

レイヤースタックマネージャーの上部にある関連するボタンを使用して、レイヤースタックを保存および読み込むことができます。2つのスタックがマージされる方法を制御する（レイヤーがどのように追加されるかを制御する）ことで、望むスタック設定に到達することができます。

さらに、サーバーに接続している場合、そのサーバー内でレイヤースタックを管理項目として保存し、サーバーからスタックを読み込むことができます。また、会社が環境設定管理を使用している場合、レイヤースタックの使用はそのシステムを通じて管理され、サーバー内に保存されているすべてまたは特定のレイヤースタック項目を定義された役割と共有することができます。

レイヤースタックの保存

レイヤースタックマネージャーダイアログの左上にあるSaveボタンをクリックして：

• Save to File - レイヤースタックをスタックアップファイル(*.stackup)に保存します。
• Save to server - レイヤースタックのデータをターゲットサーバー内のターゲットレイヤースタックアイテムのリビジョンに保存します。

レイヤースタックの読み込み

レイヤースタックマネージャーダイアログの左上にあるLoadボタンをクリックして：

• Load From File - 以前にスタックアップファイル(*.stackup)に保存されたレイヤースタックを読み込みます。
• Load From server - 接続されたサーバー内の対象レイヤースタックアイテムのリビジョンからレイヤースタックデータを読み込みます。

レイヤースタックの統合

レイヤースタックデータを*.stackupファイルやサーバー内のレイヤースタックアイテムから読み込むと、Merge Layer Stacksダイアログが開きます。このダイアログは、現在のレイヤーが読み込まれているスタックのレイヤーとどのように統合されるかを制御するために使用されます。

既存のレイヤーとレイヤーデータが読み込まれているレイヤーと統合されます。

New Layer列は、読み込まれる/インポートされるレイヤースタックに対応しています。一方、Old Layer列は、ボードの既存の現在のレイヤースタックに対応しています。Used列は、ボード設計でどのレイヤーにプリミティブが配置されているかを示します。Create列を使用して、インポートされたレイヤーを使用する（チェック済み）かどうか（未チェック）を指定します。

アクション列は、関連するレイヤーに対して行われるべきことの詳細を説明します：

• Move Primitives - 読み込まれるレイヤーが使用され、現在のレイヤー上の既存のプリミティブがそのレイヤーに移動されます。
• Add - これは現在のスタックにないレイヤーで、スタックに追加されます。
• Skip - 現在のスタックにないレイヤーで、スタックに追加されません。
• Skip & Delete - このレイヤーは現在のスタックに存在しますが、もはや必要ではありません。ファイル/サーバーアイテムからレイヤーをインポートせず、スタックから既存のレイヤーを削除します。
• Delete - このレイヤーを削除します。

ダイアログのデフォルト状態は以下の通りです：

• 既存のレイヤーをマップする（ボードの現在のレイヤースタックで使用されているもの）。
• 新しいレイヤーを追加する - 読み込まれているレイヤースタックで見つかったもの。
• ボード設計で現在使用されているすべてのレイヤーを追加する（つまり、プリミティブが配置されているレイヤー）。

現在のスタックにあるが新しいスタックにはないレイヤーがある場合、それは削除されません。さらに、プリミティブは削除されず、新しく作成されたレイヤーに移動されます。レイヤーの作成を無効にし、そのレイヤーが使用されておりプリミティブが上にある場合、このことが警告され、確認を求められます。

また、検証もあります。例えば、機械レイヤーを信号レイヤーにマッピングするなどの操作は実行できません。

レイヤーの順序は、レイヤースタックマネージャーダイアログで提示された順序と一致しており、すべての機械レイヤーは物理レイヤーの後に表示されます。

レイヤープロパティの設定

各レイヤーのプロパティは完全に定義される必要があり、PCB製造業者と相談して行うべきです。この情報はLayer Stack Tableに含まれており、各レイヤーのプロパティはダイアログのレイヤー領域で直接編集されます。セルを編集するには、それをダブルクリックします。そのセルが編集をサポートしている場合、編集可能になります。

以下を含むマルチセル編集がサポートされています：

• 複数のセルを選択するには、Windows標準のShift+クリック（範囲選択）またはCtrl+クリック（個別のセル）を使用します。
• F2キーを押して編集モードに入ります（マウスを使用しないでください - 選択が解除されます）。
• キーボードを使用して必要な文字列を入力するか、マウスを使用してドロップダウンから必要なオプションを選択します。
• チェックボックスの場合、セル内でShift+クリックまたはCtrl+クリックをしてからスペースバーを押して、選択したチェックボックスの設定を切り替えます。

レイヤーの種類、プロパティ、および機能

Altium Designerでは、一連のレイヤーが定義されており、任意のレイヤーを任意のレイヤースタックで使用できます。このレイヤーセットには、設計が単一のPCBであるか、数多くのリジッドおよびフレックスセクションを組み込んだリジッドフレックス設計であるかに関わらず、全体のPCB設計で使用されるすべてのレイヤーが含まれます。レイヤースタックには、銅、誘電体、表面処理、マスクレイヤーなど、さまざまなタイプのレイヤーを含めることができます。各レイヤーは、使用される材料、厚さ、誘電率など、その材料と機械的要件の面で完全に指定されなければなりません。材料とその特性の選択は、常にボード製造業者と相談して行うべきです。

以下の表に、レイヤータイプとその特性を詳しく記載しています：

プレーンレイヤーへのネットの割り当て

メイン記事：銅領域の定義と管理

複数のレイヤースタックを使用する場合、ネットは常に作業スペース内のプレーンレイヤーをダブルクリックすることでプレーンに割り当てられます（プレーンレイヤーがアクティブレイヤーである必要があります）。

分割プレーン領域をダブルクリックすると、Split Planeダイアログが開きます。必要なネットを選択します。このプロセスは、単一のネットをプレーン全体に割り当てる場合も、プレーンの分割領域にネットを割り当てる場合も同じです。

ネットをプレーンレイヤーに割り当てるには、プレーンレイヤーをアクティブレイヤーに設定し、ダブルクリックしてスプリットプレーンダイアログを開き、ネットを割り当てます。

全体のボード形状の定義

メイン記事：ボード形状の定義

最終的なボードの構成（単一の剛体領域または複数の剛体-フレックスセクション）に関わらず、全体の外形はボード形状として定義されます。

ボード形状は以下の通りです：

• Defined manually - 形状を再定義するか、既存のボードの頂点（角）を移動させることによります。ボード計画モードに切り替え（View » Board Planning Mode）、Designメニューのコマンドを使用します。
• Defined from selected objects - 通常、機械層上のアウトラインから行われます。他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。2D Layout Modeに切り替え（View » 2D Layout Mode）、Design » Board Shapeサブメニューのコマンドを使用します。
• Defined from a 3D body - 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（Place » 3D Body）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。3D Layout Modeに切り替え（View » 3D Layout Mode）、Design » Board Shapeサブメニューのコマンドを使用してボード形状を選択します。

ボード領域の定義とサブスタックの割り当て

メイン記事：ボード領域と曲げ線の定義

ボードは複数の領域に分割され、ボード計画モードでスタックが割り当てられます。

• 基板を複数の領域に分割するには、分割線を配置します。これは、Board Planning Mode（View » Board Planning Mode、ショートカット：1）でPCBエディタを使用して行います。分割線は、Design » Define Split Lineコマンドを通じて配置します。
• 分割線は外縁から外縁に向かって走らせる必要があり、配置後に調整することができます。
• 各領域は、Board Regionダイアログで名前が付けられ、レイヤースタックが割り当てられます。これを行う最も簡単な方法は、ボード計画モードで作業し、関心のある領域をダブルクリックしてボード領域ダイアログを開くことです。
• レイヤースタックは、レイヤースタックマネージャがAdvancedモードにあるときに名前が付けられることに注意してください。

マネージドスタックと組み込みコンポーネント

関連記事： 組み込みコンポーネント

コンポーネントを組み込むとき、Altium Designerはその組み込みコンポーネントがレイヤースタックにどのように影響するかを管理する必要があります。これは、表示方法だけでなく、はんだマスクの開口部や設計ルールチェックなどの計算データの面でもです。これを実現するために、設計に含まれるさまざまな組み込みコンポーネントに必要な配置+カットレイヤーのユニークな組み合わせごとにスタックを作成します。これらのスタックはマネージドスタックと呼ばれます。

マネージドスタックは、コンポーネントがボードの層内に埋め込まれると自動的に作成されます。マネージドスタックは自動的に作成されるため、その作成や管理にユーザーの入力は必要ありません。Altium Designerは埋め込まれたコンポーネントをチェックし、現在のマネージドスタックが適しているかテストし、適していなければ新しいものを作成します。埋め込まれたコンポーネントが削除された場合も同様です。マネージドスタックが不要になった場合は、自動的に削除されます。新しいマネージドスタックが必要かどうかをAltiumにチェックさせるには、2Dと3Dのレイアウトモードを切り替えます。

ダイアログの下部にあるスタックセレクタがShow Managed Stacksに設定されていることに注意してください。これが選択されると、ダイアログは管理スタックを表示します。スタックセレクタの設定は永続的ではなく、ダイアログを再度開いたときには、デフォルトでShow User Stacksに戻ります。

レイヤースタックのドキュメント化

ドキュメント化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Layer Stack Tableが含まれており、これは(Place » Layer Stack Table)ワークスペース内のボード設計の横に配置され、位置付けられます。Layer Stack Tableの情報はレイヤースタックマネージャダイアログから来ます。

設計ドキュメントにLayer Stack Tableを含める。

Layer Stack Tableの配置

レイヤースタックを完全に文書化するには、Layer Stack Table（Place » Layer Stack Table）を配置します。Layer Stack Tableには、レイヤー、材料、厚さ、および誘電率定数の詳細が記載されています。

コマンドを起動すると：

1. カーソル上に浮かぶLayer Stack Tableが表示され、アクティブレイヤー上のワークスペースに配置する準備が整います。
2. Layer Stack Tableをクリックして配置します。
3. 配置されたテーブル上の任意の場所をダブルクリックすると、Layer Stack Tableモードでプロパティパネルが開きます。

Layer Stack Tableには以下の詳細が記載されています：

• 設計に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
• 誘電率
• 各スタックの名前とそのスタックに使用されるレイヤー

Layer Stack Tableには、オプションでPCBのマップも含めることができます。これは、ボード上のさまざまなレイヤースタックが割り当てられている領域を示すボードのアウトラインです。Show Board Mapオプションとスライダーバーを使用して、希望する設定を構成します。

ドリルペアの設定

複数のレイヤースタックを持つ設計では、各スタックに対してドリルペアが定義されます。ドリルペアはレイヤースタックマネージャーで設定されます。

ドリルペアを定義するには：

1. Layer Stack Managerの下部にあるスタックを選択します。
2. Drill Pairsボタンをクリックして、Drill-Pair Managerを開きます。
3. 必要に応じてそのスタックのドリルペアを定義します。
4. デザイン内の各スタックに対してプロセスを繰り返します。

ドリルテーブルの含有

メイン記事: ドリルテーブルオブジェクト

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、指定されたレイヤーペアに必要なドリルを表示します。設計で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する必要があります。 Altium Designerは、専用のドキュメンテーションエディターであるDraftsmanも提供しています。Draftsmanは、寸法、ノート、Layer Stack Table、ドリルテーブルを含む高品質なドキュメンテーションを作成するための環境として、一から構築されました。ここで説明されているアプローチを使用してドキュメンテーションを作成し続けることも、Draftsmanのドキュメンテーション機能を探求することもできます。 Draftsmanについてもっと学ぶ。