電気技術者は、PCB 設計の最適な層数を決定するというジレンマに直面することがよくあります。使用するレイヤーの数は多い方が良いのでしょうか、それとも少ない方が良いのでしょうか?PCB の層数はどのように決定しますか?
1.PCB層とは何を意味しますか?
PCB の層とは、基板に積層される銅層を指します。銅層が 1 つだけある単層 PCB を除き、2 層以上のすべての PCB には偶数の層があります。コンポーネントは最外層にはんだ付けされ、他の層は配線接続として機能します。ただし、一部のハイエンド PCB では、内部層内にコンポーネントが埋め込まれています。
PCB は、家庭用電化製品、自動車、電気通信、航空宇宙、軍事、医療など、さまざまな業界でさまざまな電子デバイスや機械の製造に使用されています。
産業。特定の基板の層の数とサイズによって、PCB の電力と容量が決まります。レイヤーの数が増えると、機能も増えます。
2.PCB層の数を決定するにはどうすればよいですか?
PCB の適切な層数を決定するときは、複数層を使用する場合と単層または二層を使用する場合の利点を考慮することが重要です。同時に、単層設計を使用する場合と多層設計を使用する場合の利点を考慮することも必要です。これらの要因は、次の 5 つの観点から評価できます。
2-1.PCB はどこに使用されますか?
PCB ボードの仕様を決定する際には、PCB が使用される対象となる機械や機器、およびそのような機器に特有の回路基板要件を考慮することが重要です。これには、PCB ボードが高度な用途で使用されるかどうかの識別が含まれます。
複雑な電子製品、または基本的な機能を備えた単純な製品。
2-2.PCB にはどのような動作周波数が必要ですか?
このパラメータは PCB の機能と容量を決定するため、PCB を設計する際には動作周波数の問題を考慮する必要があります。より高速で動作可能な機能を実現するには、多層 PCB が不可欠です。
2-3.プロジェクトの予算はいくらですか?
考慮すべきその他の要素は、単一の製品の製造コストです。
二層 PCB と多層 PCB の比較。できるだけ高い容量の PCB が必要な場合、必然的にコストが比較的高くなります。
PCB の層数と価格の関係について質問する人もいます。一般に、PCB の層が多いほど、価格は高くなります。これは、多層 PCB の設計と製造に時間がかかり、コストが高くなるためです。以下のグラフは、以下の条件下での 3 つの異なるメーカーの多層 PCB の平均コストを示しています。
PCB 注文数量: 100;
PCB サイズ: 400mm x 200mm;
レイヤー数：2、4、6、8、10。
このグラフには、配送料を含まない、3 社の PCB の平均価格が表示されます。PCB のコストは、PCB 見積 Web サイトを使用して評価できます。Web サイトでは、導体の種類、サイズ、数量、層数などのさまざまなパラメータを選択できます。この表は、メーカー 3 社の PCB の平均価格の一般的な概念を示しているだけであり、価格は層の数によって異なる場合があります。送料は含まれておりません。顧客が導体の種類、サイズ、数量、層数、絶縁材料、厚さなどのさまざまなパラメータに基づいてプリント回路のコストを評価できるようにするために、製造業者自身が提供する効果的な計算ツールがオンラインで利用可能です。
2-4.プリント基板の納期はどれくらいかかりますか?
納期とは、単層/二重/多層 PCB の製造と納品にかかる時間を指します。大量の PCB を生産する必要がある場合は、納期を考慮する必要があります。シングル/ダブル/多層 PCB の納期は、PCB 領域のサイズによって異なります。もちろん、より多くのお金を費やしても構わない場合は、納期が短縮される可能性があります。
2-5.PCB にはどのような密度と信号層が必要ですか?
PCB 内の層の数は、ピンの密度と信号層によって異なります。たとえば、ピン密度が 1.0 の場合は 2 つの信号層が必要ですが、ピン密度が減少すると、必要な層の数が増加します。ピン密度が 0.2 以下の場合、少なくとも 10 層の PCB が必要です。
3. さまざまな PCB 層の利点 - 単層/二層/多層。
3-1.単層PCB
単層 PCB の構造は単純で、プレスされ溶接された導電性材料の単層から構成されます。1層目は銅張板で覆われ、その後ソルダーレジスト層が塗布されます。単層 PCB の図には通常、層とその 2 つの被覆層を表す 3 つの色のストリップが表示されます。灰色は誘電体層自体、茶色は銅張りプレート、緑色はソルダーレジスト層を表します。
利点:
● 製造コストが低く、特に家電製品の製造においてはコスト効率が高くなります。
●部品の組み立て、穴あけ、はんだ付け、取り付けが比較的簡単で、製造工程上で問題が発生しにくいです。
●経済的で大量生産に適しています。
●低密度設計に最適です。
アプリケーション:
● 基本的な電卓は単層 PCB を使用しています。
●量販店などで販売されている低価格のラジオ目覚まし時計などのラジオには単層基板が使用されていることが多いです。
● コーヒーマシンでは単層 PCB が使用されることがよくあります。
● 一部の家電製品には単層 PCB が使用されています。
3-2.2層PCB
2 層 PCB は、間に絶縁層を挟んで 2 層の銅メッキを備えています。コンポーネントは基板の両面に配置されるため、両面 PCB とも呼ばれます。これらは、2 つの銅層を間に誘電体材料を挟んで接続することによって製造されており、銅の各面は異なる電気信号を送信できます。高速かつコンパクトなパッケージングが要求されるアプリケーションに適しています。
電気信号は 2 つの銅層の間で配線され、それらの間の誘電体材料がこれらの信号の相互干渉を防ぎます。二重層 PCB は、最も一般的で経済的に製造できる回路基板です。
二重層 PCB は単層 PCB に似ていますが、下半分が反転ミラーになっています。二重層 PCB を使用する場合、誘電体層は単層 PCB よりも厚くなります。さらに、誘電体材料の上面と底面の両方に銅メッキが施されています。さらに、積層基板の上下はソルダーレジスト層で覆われている。
2 層 PCB の図は通常、3 層のサンドイッチのように見えます。中央の厚い灰色の層は誘電体を表し、上部と下部の層の茶色のストライプは銅を表し、上部と下部の薄い緑色のストライプがあります。ソルダーレジスト層を表します。
利点:
●柔軟な設計で様々な機器に適合します。
●大量生産に便利な低コスト構造です。
●シンプルなデザイン。
●小型で様々な機器に適しています。
アプリケーション:
二重層 PCB は、単純な電子デバイスから複雑な電子デバイスまで幅広く適しています。2 層 PCB を備えた量産機器の例は次のとおりです。
● さまざまなブランドの HVAC ユニット、住宅用冷暖房システムにはすべて 2 層プリント基板が含まれています。
●アンプは2層基板を採用し、多くのミュージシャンが愛用するアンプユニットを搭載。
● プリンタ、さまざまなコンピュータ周辺機器は 2 層 PCB に依存しています。
3-3.4層PCB
4 層 PCB は、上部、2 つの内部層、下部の 4 つの導電層を持つプリント基板です。両方の内側の層はコアであり、通常は電源またはグランド プレーンとして使用され、外側の最上層と最下層はコンポーネントの配置と信号のルーティングに使用されます。
外層は通常、露出したパッドを備えたソルダー レジスト層で覆われ、表面実装デバイスとスルーホール コンポーネントを接続するための配置ポイントを提供します。通常、スルーホールは、一緒に積層されて基板を形成する 4 つの層間の接続を提供するために使用されます。
これらの層の内訳は次のとおりです。
- 層 1: 最下層、通常は銅で作られます。これは回路基板全体の基盤として機能し、他の層をサポートします。
- レイヤ 2: 電力レイヤ。回路基板上のすべてのコンポーネントにクリーンで安定した電力を供給するため、このように名付けられました。
- レイヤ 3: グランド プレーン層。回路基板上のすべてのコンポーネントのグランド ソースとして機能します。
- レイヤ 4: 信号のルーティングとコンポーネントの接続ポイントの提供に使用される最上位レイヤ。
4 層 PCB 設計では、4 つの銅配線が 3 層の内部誘電体によって分離され、上部と底部がソルダー レジスト層で封止されます。通常、4 層 PCB のデザイン ルールは、9 つのトレースと 3 色 (銅は茶色、コアとプリプレグは灰色、ソルダー レジストは緑色) を使用して示されます。
利点:
● 耐久性 - 4 層 PCB は、単層および二層基板よりも堅牢です。
● コンパクトなサイズ - 4 層 PCB の小型設計は、幅広いデバイスに適合します。
●柔軟性 - 4層PCBは、単純なものから複雑なものまで、さまざまなタイプの電子デバイスで動作できます。
● 安全性 - 電源層とグランド層を適切に配置することにより、4 層 PCB は電磁干渉を防ぐことができます。
● 軽量 - 4 層 PCB を搭載したデバイスは必要な内部配線が少ないため、通常は軽量です。
アプリケーション:
● 衛星システム - 周回衛星には多層 PCB が装備されています。
● ハンドヘルド デバイス - スマートフォンやタブレットには通常 4 層 PCB が装備されています。
● 宇宙探査機器 - 多層プリント基板は宇宙探査機器に電力を供給します。
3-4.6層PCB
6 層 PCB は基本的に 4 層基板で、プレーン間に 2 つの信号層が追加されています。標準の 6 層 PCB スタックアップには、4 つの配線層 (外側 2 層と内側 2 層) と 2 つの内部プレーン (グランド用と電源用に 1 つ) が含まれます。
高速信号用に 2 つの内層、低速信号用に 2 つの外層を設けることで、EMI (電磁妨害) を大幅に増幅します。EMI は、電子機器内の信号のエネルギーが放射線または誘導によって妨害されることです。
6 層 PCB のスタックアップにはさまざまな配置がありますが、使用される電源層、信号層、およびグランド層の数はアプリケーションの要件によって異なります。
標準的な 6 層 PCB スタックアップには、最上層 - プリプレグ - 内部グランド層 - コア - 内部配線層 - プリプレグ - 内部配線層 - コア - 内部電源層 - プリプレグ - 最下層が含まれます。
これは標準的な構成ですが、すべての PCB 設計に適しているわけではなく、層の位置を変更したり、より特定の層を使用したりする必要がある場合があります。ただし、配線効率やクロストークの最小化を考慮して配置する必要があります。
利点:
● 強度 - 6 層 PCB は、以前の薄いものよりも厚いため、より堅牢です。
● コンパクト性 - この厚さの 6 層のボードは、より優れた技術的能力を備えており、消費する幅を小さくすることができます。
● 大容量 - 6 層以上の PCB が電子機器に最適な電力を供給し、クロストークや電磁干渉の可能性を大幅に低減します。
アプリケーション:
● コンピュータ - 6 層 PCB はパーソナル コンピュータの急速な発展を促進し、コンピュータをよりコンパクト、軽量、高速にしました。
● データ ストレージ - 6 層 PCB の大容量により、データ ストレージ デバイスは過去 10 年間でますます豊富になりました。
● 火災警報システム - 6 枚以上の回路基板を使用することで、警報システムは実際の危険を検知する瞬間により正確になります。
プリント回路基板の層数が 4 層目と 6 層目以降に増加するにつれて、より多くの導電性銅層と誘電体材料層が積層体に追加されます。
たとえば、8 層 PCB には、7 列の誘電体材料で接続された 4 つのプレーンと 4 つの信号銅層 (合計 8 層) が含まれています。8 層のスタックアップは、上部と底部の誘電体はんだマスク層で密閉されています。基本的に、8 層 PCB スタックアップは 6 層と似ていますが、銅とプリプレグ カラムのペアが追加されています。
深センANKE PCB株式会社
2023-6-17
投稿日時: 2023 年 6 月 26 日
