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、基板は単に絶縁コア層であり、一方または両方の側に薄い銅層が貼り付けられていました。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デザインに典型的な片面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製造における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、複雑なハイブリッドPCBを設計でき、これらは通常の形状のエンクロージャに収めるために折りたたむことができます。 プリント基板設計において、レイヤースタックは、垂直方向、またはZ平面における層の配置方法を定義します。単一のエンティティ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、単一のエンティティ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、リジッドフレックス設計の異なるゾーンに異なるレイヤースタックを割り当てることができる必要があります。

Layer Stack Manager

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のバランスをとるプロセスです。また、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、銅バランシング、レイヤースタックの対称性、および材料の適合性など、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もあります。

Layer Stack Managerは、これらのレイヤー固有の設計要件をすべて単一のエディターにまとめます。

Layer Stack Managerを開くには、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じように、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、Layer Stack Manager（LSM）は、ボードの作業を行いながら開いたままにしておくことができ、ボードとLSM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方など、標準的なビューの動作がサポートされています。ただし、PCBに変更が反映される前に、Layer Stack ManagerでSaveアクションを実行する必要があります。

機能は、Layer Stack Managerの下部に表示されるいくつかのタブに分けられています：

レイヤースタックのプロパティを編集する

Layer Stack Managerは、スプレッドシートのようなグリッドでレイヤーのプロパティを表示します。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と伝送線のプロパティにアクセスでき、Via TypesタブではµViaの設定にアクセスできます。

Layer Stack Managerのプロパティパネルの異なるモードの一部。

Propertiesパネルは、ソフトウェアの右下にある ボタンで有効/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Stackup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。

PropertiesパネルのLayer Stack Managerモード：オーバーレイ層、内部層、誘電体層、およびプレーン層。

• Name – レイヤーの名前。

• Manufacturer – レイヤーの製造者。

• Material – レイヤーの材料。これは、Altium Material Libraryダイアログ（Tools » Material Library）のConstructionsフィールド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。現在選択されているレイヤースタックの材料を選択するために、Select Materialダイアログを開くためにをクリックします。

• Thickness – 信号レイヤーの厚さ。

• 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、電場内での電気エネルギーの蓄積能力を指します。絶縁目的では、誘電率定数が低い材料がより良く、RFアプリケーションでは、高い誘電率定数が望ましい場合があります。さらに、相対誘電率定数が低いほど、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、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。

• Process – PCBの外側の信号レイヤー（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。

• Weight – 単位面積あたりの銅の重量、通常はオンス/平方フィートで表されます（例：0.5 oz/ft²）。

• Orientation – このレイヤー上でコンポーネントがどのように向けられているかを定義します。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。他の信号レイヤーについては、以下の用途があります：

  • リジッドフレックス設計では、フレックスセクションの表面レイヤーとなる内部信号レイヤーにコンポーネントが取り付けられる場合、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、Not allowed、Top、Bottom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、Not allowed、Top、Bottomがあります。

   

• Copper Orientation – これは銅がコアにラミネートされる方向を定義します。エッチングされる方向を決定するために、AboveまたはBelowを選択するためのドロップダウンを使用します。

Copper Orientationの向きは、StackupモードのPropertiesパネル内のCopper Orientation列（現在表示されている場合）のドロップダウン、またはPropertiesパネルのImpedance ProfileモードにあるTrace Invertedチェックボックスを使用して設定できます。

• Pullback Distance - プレーンエッジからボードエッジまでの距離。

• Frequency - 材料がテストされる周波数であり、Dk / Dfが特定の周波数に対応する値です。周波数は材料の参照からも取得されます。

• Description - 意味のある説明を入力します。

• Constructions - 誘電体層について、この層の構造を表示します。数値参照は、誘電体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。

• Resin - 層の樹脂の割合を表示します。

• Material Frequency – 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得されます。

• GlassTransTemp – 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。

• Note – レイヤーに関する重要な注記を入力します。

• Comment – レイヤーに必要なコメントを入力します。

• Stack Symmetry - 中央の誘電体層を中心に、対になる層を追加できるようにします。有効にすると、レイヤースタックは中央の誘電体層を中心に対称性があるか直ちにチェックされます。中央の誘電体基準層から等距離にある任意の層のペアが同一でない場合、Stack is not symmetricダイアログが開きます。

• Library Compliance - 有効にすると、マテリアルライブラリから選択された各層について、現在の層のプロパティがライブラリ内のその材料の定義の値と照合されます。

• Substack – この情報は現在選択されているサブスタック（層、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）。

• Stack Name – 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。

• Is Flex – サブスタックがフレックスである場合に有効にします。

• Layers – 導電層の数。

• Dielectrics – 誘電体の数。

• Conductive Thickness – 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。

• Dielectric Thickness – 誘電体層の厚さ。

• Total Thickness – 完成したボードの総厚さ。

• Roughness – 導電層の粗さを示します。

• Model Type – 表面の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？）。

• Surface Roughness – 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

• Roughness Factor – 粗さの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Layer Stack Managerで追加するレイヤーは、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は、グリッドに直接入力するか、マテリアル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。

レイヤーのプロパティと材料の設定

各レイヤーのプロパティは、LSMグリッド内で直接編集することができます。または、選択したレイヤーのMaterialセル内の省略記号ボタン()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ができます。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し、すべての列の表示を設定できます。Select columns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Select columnsを選びます。

レイヤータイプとそのプロパティ

プリント基板の製造には、さまざまな材料が使用されています。以下の折りたたみセクションにある表は、一般的に使用される材料の簡単な要約を示しています。

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。Layer Stack Managerで、Tools » Material Libraryを選択してAltium Material Library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。

特定のレイヤーの材料が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します。

もしLibrary ComplianceチェックボックスがLayer Stack Manager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。材料を再選択してください()マテリアルライブラリの設定に値を更新します。

レイヤースタックの対称性

ダイアログページ： スタックは対称ではありません

基板のレイヤースタックを対称にする必要がある場合は、プロパティパネルのBoard領域でStack Symmetryチェックボックスを有効にしてください。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、スタックは対称ではありませんダイアログが開きます。

ダイアログの上部セクションでは、レイヤースタックの対称性に関して検出されたすべての矛盾が詳細に説明されています。

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絶好の方法は、3Dで可視化することです。

• Layer Stack ManagerでTools » Layerstack Visualizerを選択し、Layerstack Visualizer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できる必要があります。

► 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。レイヤーに関連する設計作業で、Layer Stack Managerで実行されないもの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

メインページ: ボード形状オブジェクト、ボード領域オブジェクト、曲げ線オブジェクト

レイヤースタックがZ平面でボードを定義するのに対し、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）で構成することができます。

ボード形状は以下のようになります:

• Defined manually - 既存の形状を再定義するか、ボード計画モードで1つ以上の新しいボード領域を配置する。

• Defined from selected objects - 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た場合にこのオプションを使用します。

• 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)にインポートされた場合にこのオプションを使用します。

• Pulled directly from an MCAD package - Altiumは、Altium CoDesignerと呼ばれる直接のECAD - MCAD設計技術を開発中です。ECAD-MCAD CoDesignについてもっと学びましょう。

ネットをプレーンレイヤーに割り当てる

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

PCBパネルのSplit Plane Editorモードで、プレーンレイヤーにネットを割り当てるか、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層がリストされています。Layersセクションで層が選択されると、その下のセクションにその層の分割プレーンゾーンがすべてリストされます（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、プレーン層がアクティブ層であるときにワークスペース内の層をダブルクリックしても、ダイアログを開くことができます。

内部信号層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

内部信号層にコンポーネントを実装する状況は2つあります：

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基板のフレックス領域に実装されたコンポーネントがあり、そのフレックス層が基板の中間層から延びている場合。

ソフトウェアは、コンポーネントがどのレイヤーに取り付けられているか、そしてそれぞれの向き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ミラーする必要がある時を認識できます。トップレイヤーとボトムレイヤーについては、この設定は自動的に構成されます。他のレイヤーについては、設計者が設定を構成します。

内部信号レイヤー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、レイヤーグリッド内の既存の見出しを右クリックして、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（Place » Layer Stack Table）によって配置され、ワークスペース内のボード設計の隣に位置します。レイヤースタックテーブルの情報はLayer Stack Managerから来ます。

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任意の場所をダブルクリックして、PropertiesパネルをLayer Stack Tableモードで開きます。

• 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。Show Board Map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。

ドリル表の含め方

オブジェクトページ： ドリル表

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表が含まれています。この表は、全レイヤーペア（コンポジット）に必要なドリルを表示することも、特定のレイヤーペアのみを表示することもできます。設計で使用される各レイヤーペアに対して別々のドリル情報を好む場合は、各レイヤーペアに対してドリル表を配置してください。

高品質で柔軟な設計文書

メイン記事： ドラフトマン

Altium Designerには、専用のドキュメントエディターであるDraftsmanも提供されています。Draftsman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ドキュメントを作成する環境として、一から構築されました。専用のファイル形式と描画ツールのセットに基づいて、Draftsman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インタラクティブなアプローチを提供します。

Draftsman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。

単ページまたは複数ページのDraftsmanドキュメントに、図面ビュー、オブジェクト、自動注釈を配置します。

► Draftsmanについてもっと学ぶ