電子機器の小型化と複雑化が進むにつれ、PCBスペースと配線経路を最大限に活用することがますます重要になっています。増え続ける部品数を限られたPCBスペースに収めることは、常に課題となっています。高密度で効率的なPCBレイアウトへのニーズが、両面PCBの普及を促しています。両面PCBは、表裏両面に配線を配置することで、使用可能なスペースを最大限に活用できます。このガイドでは、両面プリント基板の包括的な概要を提供し、この重要なPCB技術をより深く理解していただくことを目的としています。
両面 PCB とは何ですか?
両面PCBとは、上面と下面の両方に導電性の銅配線を持つプリント回路基板を指します。これにより、基板の両面に回路と配線を設計することができ、2つの層間を導電パスで接続することができます。両面PCBの主な利点は、片面PCBに比べて配線の配線密度を高くできることです。 片面ボード両面に回路とトレースを配置することで、部品をより高密度に実装し、複雑な相互接続を容易に行うことができます。そのため、両面PCBは、多くの現代の小型家電製品や複雑な回路設計に最適です。両面レイアウトは、下層と上層の銅層を絶縁基板層で分離することで実現されています。この誘電体層は、両層を電気的に分離しながら、層間の接続を的確に行います。下の図は、両面PCBの構造をよりよく理解するのに役立ちます。
製造方法 両面PCB?
両面プリント基板の製造には、基板の表裏両面に回路パターンと部品を配置するための多段階のプロセスが含まれます。製造は原材料から始まります。 PCBラミネートFR-4などの誘電体基板を、導電パターンを形成するXNUMX枚の薄い銅層で挟んだ構造です。このプロセスは以下のとおりです。
- イメージング
A フォトレジスト 銅層に塗布し、UV光を用いて配線パターンをPCBに転写します。その後、未露光のフォトレジストを洗い流し、エッチングのために銅層を露出させます。
- エッチング
化学エッチング剤を使用して不要な銅を除去し、各層に必要な銅の痕跡だけを残します。
- 穴あけ
コンポーネントの取り付けと層間の接続を容易にするために、ボードに穴が開けられています。
- メッキ
ドリルで開けた穴の壁には銅メッキが施され、層間の導電性を確保します。
- ソルダーマスクアプリケーション
露出パッドとトレースを除くPCB表面全体にソルダーマスクを塗布します。これにより、はんだブリッジの発生を防ぎます。
- シルクスクリーン印刷
識別マーク、シンボル、ラベルがボード上に印刷されています。
- 最終仕上げ
ボードは出荷前に切断、面取り、テスト、品質チェックが行われます。
PCB製造についてもっと詳しく知りたいですか？他のブログもご覧ください。 PCB製造プロセスの詳細ガイド
両面PCB基板の利点
- コンポーネント密度の増加
両面基板では、基板の表裏両面に部品を配置できます。これにより、片面基板に比べて部品密度が大幅に向上し、限られたスペース内でより複雑な回路を設計することが可能になります。両面基板であることで、部品配置に使用可能な面積が2倍になります。
- より優れたルーティングオプション
両面基板は、配線オプションが豊富です。基板のどちらの面でも効率的に配線できるため、利用可能なスペースを最大限に活用できます。これにより、配線長が短くなり、より効率的なレイアウトが可能になります。また、両層にまたがる配線が可能になることで、柔軟性が向上します。
- シグナルインテグリティの向上
両面基板構造は、片面基板に比べて信号トレースの制御性に優れています。設計者は、各層のトレースレイアウトを慎重に計画することで、信号干渉やクロストークを低減できます。層間の絶縁により、より高度な制御が可能になります。
- コンパクト設計
両面PCBは、基板の両面を活用することで、よりコンパクトな電子機器設計を可能にします。これによりPCB全体のサイズを縮小できるため、スペースが限られたアプリケーションに最適です。片面基板ではレイアウトの選択肢が限られますが、両面基板ではより広い使用可能面積が得られます。
- 強化された接地と電力配分
両面PCBでは、専用のグランドプレーンと電源プレーンを反対側に設計できます。プレーンを分離することで、安定的で効率的な電源とグランドを提供し、ノイズを低減できます。これは、回路のスムーズな動作に不可欠です。
- 複雑な回路のサポート
マイクロコントローラのような複雑な回路では、多数の接続が必要になるため、両面プリント基板が必要になることがよくあります。二層配線は、複雑な複数接続設計に対応するために必要なオプションを提供します。
活用に関する設計上の考慮事項 両面PCB
部品配置 – 効率的な配線には、部品の最適な配置が不可欠です。基板の厚さと放熱性を考慮し、可能な限り関連部品を同じ側に配置してください。
ルーティングチャネル – 重要な信号を分離し、クロストークを回避するために、ルーティングチャネルを慎重に計画します。トレース間またはグランドプレーン間の間隔を広くすることで、バリアとして機能します。
レイヤースタッキング – 類似の信号をまとめ、レイヤーを慎重に積み重ねます。重要なトレースは最上層に配線し、その下にはグランドプレーンを配置します。
ビアの使用 – 層間の接続にはビアを慎重に使用します。コスト削減のためビアの数を最小限に抑えつつ、必要な接続には十分な数を確保します。
参考文献： PCB ビアとは何ですか?
トレース長のマッチング – 差動ペアと高速トレースのトレース長を一致させることで、スキューとタイミングを制御します。両層におけるトレースの配線方法を考慮します。
接地 – グランドプレーンに接続されたビアを使用してコンポーネントを適切に接地します。アナログとデジタルのグランドプレーンを分離します。
基板の厚さ – 基板が厚いほど、より多くの層と複雑な配線に対応できますが、重量とコストが増加します。ニーズに合わせて厚さを最適化しましょう。
熱管理 - 適切な放熱対策を講じ、熱に敏感な部品から熱を逃がすためのサーマルビアの追加を検討してください。発熱部品間の適切な間隔も放熱に役立ちます。
両面印刷の用途 回路基板s
両面プリント基板の用途は多岐にわたります。コンピューター、テレビ、デジタルカメラ、ラジオ、携帯電話、その他の電子機器に使用されています。また、産業用途にも数多く利用されており、そのいくつかを見ていきましょう。
- 医療機器
現代の医療機器は、以前よりも消費電力が少なく、高密度化しています。そのため、より多くの電子部品を組み込むために、小型で表面積の大きいPCBが求められています。両面PCBは2層構造で、両面に電子部品を組み込むことができるため、この用途に最適です。これにより、軽量でありながら小型でありながら、求められる特性を実現できます。そのため、CTスキャナーやX線スキャナーなど、多くの医療機器に使用されています。
- 機械システム
高出力機械システムの制御プロセスには、PCBがよく使用されます。単層PCBは密度が低く、このような条件下での性能要件を満たしません。そのため、より高密度のPCBが必要となり、両面PCBが現実的な選択肢となります。両面PCBには、高電流バッテリーチャージャー、最新の負荷アナライザー、エンジンコントローラーなどのコンポーネントを組み込むことができます。
- 照明
LEDは生産性の向上と低消費電力のため、広く使用されています。LEDは頻繁にオンオフを繰り返す用途でよく使用されます。これは、高電流・高電圧サイクルが発生することを意味します。そのため、発生する熱に耐えられないため、通常のプリント基板は使用できません。両面プリント基板は2つの絶縁層を備えているため、このような用途に適しています。これらのプリント基板は放熱板として機能し、高温の熱交換にも耐えることができます。
- 自動車および航空宇宙
どちらの業界でも、柔軟性の高いプリント基板が頻繁に利用されています。自動車業界と航空業界の両分野では、両面プリント基板を採用しています。これは、基板表面に垂直な高振動に耐えられるためです。簡単に言えば、上層と下層の両方から加わる力に耐えることができます。さらに、両面プリント基板は非常に軽量であるため、輸送用途に最適です。
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