PCB について話すとき、あなたはいくつかの異なる種類のプリント基板を知っているかもしれません。 最も一般的な PCB の 2 つは 2 層 PCB です。 XNUMX 層の銅箔があり、誘電体によって分離されています。 この記事では、XNUMX 層 PCB について知っておくべきことをすべて説明します。 さっそく飛び込んでみましょう！
2層基板（両面基板とも呼ばれる）は、両面（上面と下面）に銅箔が貼られたプリント基板です。両面に回路パターンがあり、中央のビアホールを通して接続されています。ビアとは、基板上の小さな金属メッキされた穴で、両面の配線を接続できるため、配線を交互に配置できます。つまり、両面に配線があり、部品を表面または裏面に半田付けできます。2層基板は、製造コストが最も低いタイプの基板でもあります。
両面基板は、片面基板の千鳥配線の難しさを解消し（穴を通して反対側に導通できる）、片面基板に比べて複雑な回路での使用に適しています。
2層基板の厚さは0.010インチから0.060インチまで様々です。2層基板の標準的な厚さは1.6mmです。基板製造工場では銅張積層コアが使用されており、銅とFR4材料の合計厚さが1.6mmになると想定しています。
さらに、基板の厚さは、使用する誘電体材料と基板に実装されているコンポーネントのサイズによって異なります。 また、基板が厚ければ厚いほど、信号トレース間のクロストークを低減する効果が高くなります。
2層基板の積層構造は、上層1層と下層1層から構成されています。
2 層 PCB には銅層でもある内層があります。 ここにほとんどのビアが配置されます。 さらに、ビアは、上部層と下部層を接続する小さな小さな穴です。 さらに重要なのは、電気信号が XNUMX つの層から別の層に流れることを可能にすることです。
二層基板には、上層と下層の2つの信号層があります。上層はデフォルトで赤色です。上層にはパッドと配線パターンが見られます。簡単に言うと、赤い部分はすべて銅です。表面の薄い部分は、はんだを塗布して電気を通すことができる部分です。
最下層と同じです。 青い色の場所は錫メッキされており、導電性がある可能性があります。
ボードのさまざまな部分に電力を分配するために使用する電源層。 また、地上信号のリターンパスとしても使用できます。
プリプレグ層は誘電材料の薄い層です。 また、銅層間に絶縁を提供できます。 さらに、銅層のサポートも提供できます。 プリプレグ層の誘電率は 2 であり、FR-2 の誘電率よりも低くなります。
ソルダーマスク層は主に部品の輪郭や注釈、各種注釈文字などの印刷情報を配置するために使用されます。
多くの 2 層 PCB 設計ボードは、性能が制限されて作成されています。 通常、ハイエンドのマイクロプロセッサや FPGA のような BGA パッケージを 2 層 PCB ボードに配線するのは困難です。 これはハイエンド PCB エンドボードに関するものではありませんが、いくつかの民生用マイクロコントローラー、製品、IoT アプリケーションは 2 層 PCB ボードで作成されます。 幸いなことに、以下のヒントに従えば、これらのボードの設計は簡単です。
1. 20 ミル幅の電源トレース、6 ミル幅の信号トレース、および 13 ミルのドリル直径を採用
すべての設計者は、最高密度の配線を実現するために、追加コストをかけずに小さな機能を採用したいと考えています。 幅 6 ミルの信号トレースは小さすぎると感じるかもしれません。 ただし、1A の DC 電流を保持します。 また、80オンスの銅のようなもので1ミリオーム/インチを持っています。 幅 20 ミルの電源トレースの場合、3A の DC を使用できます。 また、25 mΩ/インチを備えています。
2. 最初の層の電源および信号パス、配線コンポーネント、および XNUMX 番目の層のグランド リターン
トレース内に漸進的なリターン パスがある場合は、パフォーマンスに影響を与えることなく、そのパスを長くすることができます。 秘訣は、リターン パスを XNUMX 行の下に置くことです。 簡単な方法は、基板の下に強力なグランドプレーンを利用することです。
3. コンポーネントの調整により、配線が混雑しにくくなり、信号トレースが間隔をあけられるようになります。
要素を配置している場合は、ライン間の交差を最小限に抑えるために信号の配線を検討できます。 トレースは高い特性インピーダンスを持ち、帰還面から遠く離れた位置にあるため、横断が記録されます。 信号間のスペースが近づくと、より大きな交差点が発生します。
4. 最下層に短いルートを作成します。 ルートを短くするのが難しい場合は、帰りのストラップを含めてください。
全体的なアイデアは、理想的な設計を考え出し、すべての信号ラインに低インピーダンスのリターンパスを提供することです。 これは、信号の戻り経路の相互インダクタンスが確実に低く維持されるようにするためです。
5. デカップリング コンデンサは IC 電源ピンの近くに配置する必要があります。
必要な電源電圧の最大2倍の定格電圧を持つ、小型筐体の大型コンデンサを使用してください。一般的には22μFのMLCCコンデンサが使用されます。容量値は、デカップリングする部品の電流値によって異なります。特に調べない場合は、22μFを検討してください。
6. 可能であれば、すべてのコネクタのデジタル信号ごとに XNUMX つのリターンを作成します。
スイッチング ノイズまたはグランド バウンスは、同様のリターン ピンを割り当てているいくつかの信号によって大きく影響されます。 いくつかのコネクタでは、XNUMX つまたは XNUMX つのリターン ピンを複数の信号切り替えで使用できます。 これは主にグラウンドバウンスに当てはまります。
片面基板は最も基本的な PCB で、片面に部品が集中し、もう一方の面にワイヤが集中します。 ワイヤが片面にしか現れないため、この種の PCB を片面 (片面) と呼びます。 単一の基板には設計回路に多くの厳しい制限があるため (片面しかないため、配線は交差できず、別の経路を迂回する必要があります)、このタイプの基板は初期の回路のみに使用されていました。
片面基板は配線が片面にのみ存在するのに対し、両面基板は両面に配線があり、上層と下層があります。両面基板では、部品と導電性銅箔が両面に実装されるため、配線が交差または重なり合います。両面基板は、点対点のはんだ付けを必要としない高密度回路を実現するのに最適です。
| 片面PCB | 両面PCB |
| 基板の片面のみに導電性銅層を設ける | 基板の両面に導電性銅層 |
| 基本的な回路設計に最適 | 複雑な回路設計に最適 |
| 主に低密度の回路設計を開発します。 | 高密度回路設計の開発に適しています |
| 製造コストの削減 | 製造コストが高くなる |
| 基板製造速度が速く、大量のPCBを生産します | 基板の製造速度が遅いため、生産量が少なくなります |
| 製造コストの削減 | 製造コストが高くなる |
| より多くのスペースを占有します | 回路設計のスペース制約を満たします |
| 回線ルーティングの柔軟性が低い | 回路配線の柔軟性が向上 |
| トレースの交差や重なりがない | トレースの交差と重なりがあります |
| トラブルシューティング、デバッグ、修復が簡単 | トラブルシューティングと修復が難しい |
2 層 PCB には 4 つの銅層があり、XNUMX 層 PCB には XNUMX つの銅層があります。 層は基板とともに積層されます。 上の層と下の層は信号層です。 しかし、内側にあるのは地上機と補給機です。
4 層プリント基板は、単層 PCB や 2 層 PCB よりも強力です。 ただし、複雑なプロジェクトに最適で、その機能も優れていますが、コストは 2 層の同等品よりも高くなります。
価格
XNUMX 層 PCB は XNUMX 層回路基板よりも安価です。 ただし、製造コストはご注文予定の数量によって決まります。
設計製造
2 層 PCB は設計と製造が容易であり、また、XNUMX 層 PCB を修理するよりも両面 PCB の修理が簡単です。
リードタイム
リードタイムに関しては、両面 PCB は 2 層 PCB や多層 PCB よりも有利です。 プロジェクトの規模が小さくても、大規模であっても、XNUMX 層 PCB はプロトタイプの作成にかかるリードタイムが短くなります。
耐久性
回路基板には多くの層があるため、2層プリント基板よりも耐久性があります。 XNUMX 層 PCB は両面回路基板よりも小さいにもかかわらず、より充実しています。
用途
プロジェクトが複雑な場合、4 層 PCB の追加層は非常に有益です。 創造性を発揮してコンポーネントを追加できるため、PCB は複雑なプロジェクトにも使用できます。
サイズと重量
4 層プリント基板は小型で非常に軽量です。 配線やコンポーネントを配置するためのスペースが少なくて済むため、両面 PCB よりも小さくて軽量です。
2 層と 4 層のプリント基板は異なるレベルの機能を提供しますが、どちらも異なるタイプのプロジェクトに有益です。 最終的に、4 層基板と 2 層基板のどちらを選択するかは、主にプロジェクトの仕様、回路の複雑さ、およびプロジェクトの予算要件によって決まります。
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