一 はじめに

PCB銅箔設計は電子ハードウェア設計の要となる工程です。電流伝導と機械的強度の確保だけでなくノイズ耐性と放熱性能に直接影響します。近年のコンシューマー向け電子機器は高集積化と高電力密度が進み銅箔設計の重要性はさらに高まっています。あるTWSイヤホンメーカーでは銅箔面積が不足し放熱性能が低下した結果連続動作一時間で温度が六十度を超えました。別のスマートルーターでは銅箔接地設計が不適切で電磁ノイズが基準値を超えCE認証に通過できませんでした。

PCBGOGOはPCB製造分野で十年間にわたり累計百二十万名以上のハードウェアエンジニアにサービスを提供してきました。自社開発のDFMチェックシステムにより銅箔設計のリスクを正確に検出し四つの生産拠点による高精度実装技術と組み合わせることで設計から製造まで一貫した対応を実現します。本稿ではIPC2221およびIPC6012規格と実際の事例を基にPCB銅箔設計の核心ポイントを整理し現場で活用できるノイズ対策と放熱最適化の方法を解説します。

二 技術の要点 PCB銅箔設計の本質と主な影響因子

2.1 銅箔の主要機能と一般的な種類

基板銅箔の主な機能は四点あります。第一に電流伝導です。銅層によって配線抵抗を下げ電力損失を抑制します。第二に電磁シールドです。完全な銅箔層によりファラデーケージを形成し電磁ノイズを抑制します。第三に放熱です。銅箔面積を増やすことで熱拡散効率を向上させます。第四に機械補強です。基板の反りを抑え実装工程での変形を防止します。

コンシューマー向けPCBでは主に三種類の銅箔設計を使用します。全面銅箔は低周波かつ放熱要求の高い製品に適しています。メッシュ銅箔は高周波信号に適しており寄生容量を低減します。局所銅箔はスマートウォッチなど実装空間が限られた製品に適しています。

2.2 銅箔設計の主要パラメータ

銅厚 一般的なコンシューマー向けPCBには一オンス三十五マイクロメートルまたは二オンス七十マイクロメートルを使用します。銅厚は電流容量と比例しIPC2221によれば一オンス銅厚線幅一ミリの配線は連続一アンペアを許容できます。大電力部品には二から四オンスの銅厚を推奨し放熱性能を向上させます。

銅箔面積 放熱効率は銅箔面積に比例します。主要発熱部品の銅箔面積は部品パッケージ面積の一五倍以上を推奨します。CPUなどの高発熱部位は二平方センチメートル以上の銅箔面積を目安とします。

接地方式 低周波は一点接地高周波は多点接地混合回路はスター接地を推奨しデジタルとアナログを分離します。

2.3 PCBGOGOにおける銅箔品質の製造保証

PCBGOGOは装置と工程の両面から銅箔品質を確保します。自動PTH設備により孔銅の均一性プラスマイナス十パーセントを達成し銅厚の偏りによる導電差を防止します。エッチング工程では銅箔エッジの整列誤差をプラスマイナスゼロ点零二ミリ以内に管理しバリを抑制します。検査工程では日立製銅厚測定装置により板面と孔内の銅厚誤差をマイナスプラス一マイクロメートル以内に抑制します。

三 実務に役立つ銅箔最適化プロセス

3.1 銅厚選定と銅箔種類の最適化

低消費電力スマートバンド五ワット以下は一オンス銅厚と局所銅箔を推奨します。中電力ルーター五から十五ワットは一から二オンス銅厚とメッシュ銅箔二ミリ掛ける二ミリを推奨します。大電力充電器十五ワット以上は二から四オンス銅厚と全面銅箔を推奨します。

3.2 ノイズに強い銅箔レイアウト

デジタルとアナログ接地は一点接続を行います。銅箔は閉ループ化を避けます。高周波信号二点四ギガヘルツ以上は銅箔と三十から五十ミクロンの間隔を設定します。

3.3 放熱最適化

発熱部品の銅箔面積はパッケージ面積の一五倍以上を推奨します。放熱スルーホール径は零点三から零点五ミリ間隔は二から三ミリとします。銅箔と端子の接続幅は零点五ミリ以上を推奨します。

3.4 製造条件との整合性

銅箔最小接続幅は零点二ミリ銅箔とパッドの間隔は零点一ミリ以上を推奨します。全面銅箔は五ミリ以上のプロセスエッジを確保します。

四 事例分析 スマート充電器における銅箔設計の改善

二十ワット充電器で初期設計では一オンス銅厚と一平方センチメートルの銅箔面積により部品温度が七十五度に達しました。改善後は二オンス銅厚と三平方センチメートルの銅箔面積六つの放熱ビアを追加し温度を五十五度に抑制しました。ノイズ対策として一点接地を採用し出力リップルを百ミリボルトから三十五ミリボルトまで低減しCE認証に合格しました。製造では銅箔とパッド間隔を零点一ミリに調整し不良率を三パーセントから零点一パーセントに改善しました。

五 まとめ

PCB銅箔設計の核心は機能最適化と製造適合性の両立です。銅厚と銅箔種類を適切に選定しノイズと放熱をバランスさせ製造側のプロセス条件を設計段階から考慮することが重要です。PCBGOGOのDFMチェックと製造設備を活用することで基板設計品質と量産良率を同時に高めることができます。