バックプレーンについて知っておくべき5つの側面

バックプレーンとは何か

広義には、バックプレーンも PCB（プリント基板）の一種である。厳密に言えば、バックプレーンとは、ドータボードやラインカードを搭載してカスタム機能を実現するためのマザーボードの一種である。バックプレーンの主な機能は、ボードを「搭載」し、電源や信号などの機能を各ドータボードに分配して、適切な電気的接続と信号伝送を得られるようにすることである。搭載されたボードと連携して動作することで、バックプレーンはシステム全体を論理的かつ円滑に動作させることができる。

近年、IC（集積回路）コンポーネントの高集積化と I/O 数の増加が進み、さらに電子実装技術の進歩や信号伝送の高周波化、デジタル化の高速化が進展しています。加えて、電子機器は高速な開発スピードでのアップグレードが求められています。その結果として、バックプレーンには、機能ドータボードの搭載、信号伝送、電源供給伝送といった機能を担うことが求められます。同時に、バックプレーンの特性は明確かつ顕著である必要があり、その特徴は層数、厚み、ビア数、高い信頼性要求、高周波対応、高速における信号伝送品質などの点において示されなければなりません。

バックプレーンの属性

バックプレーンは、～に関して専門性の性質を持つ製品の一種となってきましたPCB製造そのため、バックプレーンは一般的なPCBよりも多くの専門性を有しています。

・より厚い

バックプレーンは通常、より多くの層を備えており、高速で信号を伝送することが求められます。消費電力の高いアプリケーションカードがバックプレーンに挿入される場合、必要な電流を供給するために銅層は十分な厚さでなければなりません。これらすべての要素により、バックプレーンは一般的なPCBよりも厚くなります。

・より重い

厚いボードは必然的に重量が増すことは、理解するのは難しくありません。さらに、多量の銅もバックプレーンの重量を増加させます。

・より高い熱容量

バックプレーンは通常のプリント基板よりも厚く重いため、その結果としてより高い熱容量を有しています。

・より多くの穿孔数

複雑な構造および機能実装のため、バックプレーンはより多くの電気的接続と信号伝送を実現する必要があり、これらはいずれも多数のブラインドビア／ブラインド・バリッドビアその結果、機能を実現するために、バックプレーンにはより多くのドリル穴やビアを設ける必要があります。

バックプレーン製造への注力

バックプレーンは複雑さが高く、バックプレーン自体への要求も厳しいため、特別な配慮と技術をもって製造する必要があります。

・リフローはんだ付け

バックプレーンは通常の基板よりも厚く重いため、基板からの放熱がより困難になります。言い換えれば、リフローはんだ付け後にバックプレーンが冷却されるまでに、より多くの時間を要します。その結果、バックプレーン基板に十分な冷却時間を与えるために、リフロー炉を強化する必要があります。さらに、バックプレーン基板を冷却するため、リフロー炉の出口では強制空冷を使用しなければなりません。

•クリーニング

バックプレーンは通常の回路基板よりも厚く、ドリル穴やビアが多いため、作業液が流出してしまうことがよくあります。したがって、作業液がドリル穴やビア内に残留するのを防ぐために、高圧洗浄機でドリル穴を洗浄することが極めて重要です。

・レイヤーアライメント

層数とドリル穴数が多いため、層間位置合わせの達成は非常に困難になります。したがって、バックプレーン基板の製造工程では、層間位置合わせを非常に慎重に、かつ高度な技術を用いて行う必要があります。

・コンポーネント組立

従来、受動部品は信頼性の観点からバックプレーン上に配置される傾向があった。しかし、アクティブボード側のコストを一定に保つため、BGA（ボールグリッドアレイ）のような能動部品がバックプレーン上に設計されるケースが増えている。部品実装業者は、より小型のコンデンサや抵抗、シリコンパッケージ部品を実装できなければならない。さらに、バックプレーンはサイズが大きいため、より大型の実装プラットフォームが求められる。

バックプレーンの開発動向

ネットワーク通信およびデータ伝送が高速・大容量化へと進むにつれ、バックプレーンは大判化、多層・高厚化の方向へ発展し、ネットワーク伝送における重要なノードとしての役割を果たす必要があります。その結果、バックプレーンの製造はより困難になり、バックプレーンの厚さ、サイズ、層数、位置合わせ、バックドリルの深さとスタブ、めっきスルーホールのドリル深さなど、バックプレーン基板製造に対してより高い要求が課されます。総じて、これらすべての要件は、将来のPCBメーカーにとって大きな課題となるでしょう。

バックプレーンは、ドーターボード同士を接続し、電力分配と高速信号伝送を可能にする高性能なPCBの中枢基板です。高い複雑性に対応するため、厚い多層構造、高密度ビア、高い放熱容量、そして厳格な製造要件を備えており、熱管理、精密な位置合わせ、入念な洗浄といった課題を克服します。

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