部品埋め込み型超高密度基板

プリント基板の正しい見極め方

部品内蔵基板は2種類ある

近年，プリント基板の実装密度は限界に近づいています．表面実装だけでは対応できないケースが増え，基板内部に部品を内蔵する技術が再び注目されています．これは，部品の厚みを許容範囲内に収めつつ，信号品質や高周波特性を改善できるという利点をもちます．

内蔵基板には2つの形態があります．1つはリアルな抵抗やキャパシタなどのチップ部品を物理的に埋め込む方式，もう1つは部品機能自体を基板構造の中で再現する方式です．後者は「機能内蔵型」と呼ばれ，基板材料や構造の工夫によって抵抗値やキャパシタンス，インダクタンスをもたせることが可能です．

技術の実用性と活用分野

部品内蔵技術は特に高周波特性が重要なアプリケーションに有効です．たとえば，LSIやFPGAといった高密度なパッケージでは，デカップリング用途のキャパシタンスをできるだけ近接配置する必要があります．このとき，電源-グラウンド間にキャパシタ機能を直接埋め込むことで，高周波ノイズの除去効果を向上させることができます．

DC-DCコンバータ用途では，プリント基板上にインダクタインダクタを構成することで，寄生インダクタンスを低減させ，応答性を高めることが可能です．抵抗も同様に，BGA配線下に白膜抵抗を埋め込むことで，ピン間に直接ダンピング抵抗を接続する実装が実現できます．

代表的な基板技術と課題

以下は，実際に採用された部品内蔵基板技術の例です．

1. PALAP（デンソー:LCP多層）
2. EOMIN（太陽誘電）
3. SIMPACT（パナソニック:ALIVH応用）
4. SESUB（TDK）
5. その他:メイコー，沖電気，CMKなど

特に部品点数が多く，配線密度が高い設計では，0603サイズのチップ抵抗を600個も内蔵した20層基板のような例もあります．ただし，現時点ではコスト面から一般量産には向いておらず，用途は限定されています．高性能が求められる製品で，かつ製造量が限られるケースにおいて選択肢となり得る技術です．

機能を再定義するプリント基板技術

機能内蔵型基板とは，物理的な電子部品を使わず，基板材料やレイヤ構成によって抵抗，キャパシタ，インダクタといった回路要素を基板自体に実装する技術です．従来は外付けで配置されていた機能を，基板の内層で再現することで，実装面積を削減し，かつ電気的性能の最適化が可能になります．

実現手法と活用例

1. 抵抗:白膜や厚膜プロセスにより内層にレジスタンスを形成
2. キャパシタ:高誘電率の絶縁材を用いて電源層とグラウンド層間に形成
3. インダクタ:配線パターンによってプリントインダクタを構成

とくに抵抗の活用例として，BGAパッド直下に75$\Omega$の白膜抵抗を埋め込み，反射防止やダンピング抵抗として機能させるケースがあります．キャパシタンスも同様に，層間絶縁の薄膜化と誘電率の工夫によって容量を確保し，電源インピーダンスを低下させます．

利点と限界

この技術の最大の利点は，高周波性能の向上と回路の小型化です．$L_r$や$C$を設計段階から最適化できるため，EMI対策や電源の安定性にも大きく貢献します．また，リアル部品に比べ厚みが抑えられ，熱設計の自由度も高まります．

一方で，量産製造時の歩留まり管理や，再設計の柔軟性という点では課題もあります．一度製造した基板内の抵抗値や容量値は修正できないため，設計初期の検証が極めて重要です．

〈著:ZEPマガジン〉

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著者紹介

• 1972年　中央大学理工学部工業化学科卒業
• 1972年 株式会社トゴシをかわきりに，設計・EMS業の株式会社ソーワコーポレーション，株式会社オーケープリントで，基板およびEMS事業の品質保証，技術開発全般に従事．その間，JIS規格，JPCA規格，JAXA規格などの制定に従事
• 2013年 テラテック設立．プリント配線板関連の技術指導，技術開発，試作開発コンサルティング，研修などを手がける

著書

1. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】

参考文献

1. 逆引き101！KiCad＆プリント基板設計テクニック集，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. 最新KiCad 6で一緒に始めよう！プリント基板開発 超入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD］Gbps超 高速伝送基板の設計ノウハウ＆評価技術，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．