単層 PCB と多層 PCB – 利点、欠点、設計および製造プロセス。
前にプリント基板の設計では、単層基板と多層基板のどちらを使用するかを決める必要があります。どちらのタイプの設計も、多くの日常的なデバイスで使用されています。基板を使用するプロジェクトの種類によって、どちらが最適かが決まります。多層基板は複雑なデバイスでよく使用され、単層基板はよりシンプルなデバイスに使用されます。この記事では、その違いを理解し、プロジェクトに最適なタイプを選択する方法について説明します。
これらのPCBの名前から、おそらく違いがお分かりでしょう。単層基板は基材（基板とも呼ばれます）が1層ですが、多層基板は複数の層で構成されています。よく見ると、これらの基板の構造と機能には多くの違いがあることに気づくでしょう。
これら 2 種類の PCB タイプについてさらに詳しく知りたい場合は、読み続けてください。
シングルレイヤー PCB とは何ですか?
片面基板は、片面に部品、もう片面に導体パターンが配置された基板です。これらの基板は、導電性材料（通常は銅）の層が1層です。単層基板は、基板、導電性金属層、保護はんだ層、シルクスクリーンで構成されています。単層基板は、比較的シンプルな電子機器の多くに使用されています。
単層PCBの利点
1. 安価
全体的に見て、単層PCBは設計がシンプルなためコストが低くなります。これは、多数の部品に頼ることなく、時間効率よく開発できるためです。PCB材料さらに、多くの知識も必要ありません。
2. 迅速に製造
シンプルな設計と低リソース依存により、単層PCBはあっという間に製造できます！これは、特にPCBをすぐに必要とする場合、大きなメリットとなります。
3. 製造が簡単
人気の単層PCBは、技術的な難しさを感じることなく設計できます。シンプルな設計プロセスにより、メーカーや専門家が問題なく製造できるからです。
4. 大量注文も可能
開発プロセスが簡単なため、これらのPCBタイプは一度に大量に注文できます。大量注文の場合、1枚あたりのコスト削減も期待できます。
単層PCBの欠点
1. 速度と容量の制限
これらの回路基板は接続オプションが最小限に抑えられています。つまり、全体的な電力と速度が低下します。さらに、設計上の理由により動作容量も低下します。この回路は、高電力アプリケーションでは機能しない可能性があります。
2. スペースがあまりない
複雑なデバイスは単層基板ではうまくいきません。なぜなら、余分なスペースがほとんどないからです。SMDコンポーネントそして接続。配線同士が接触すると、基板が正常に動作しなくなります。ベストプラクティスとしては、基板上にすべての部品を配置するための十分なスペースを確保することが挙げられます。
3. より大きく、より重い
様々な操作目的に対応するための追加機能を提供するには、ボードのサイズを大きくする必要があります。ただし、そうすると製品の重量も増加します。
多層 PCB とは何ですか?
多層PCBは、複数の両面基板を積み重ねた構造です。必要に応じて基板の層数を増やすことができますが、最長のものは129層にも達しました。通常は4層から12層ですが、層数が多すぎると、はんだ付け後に反りやねじれなどの問題が発生する可能性があります。
多層基板の各層には導電性金属が塗布されています。各基板は専用の接着剤と絶縁材を用いて接合され、エッジにははんだマスクが施されています。
多層PCBの利点
1. 複雑なプロジェクト
追加の部品や回路を必要とする複雑なデバイスでは、通常、多層PCBが必要になります。追加の層を統合することでボードを拡張できるため、標準ボードには収まらない、追加の接続を備えた回路にも適しています。
2. より耐久性が高い
追加の層によりボードの厚みが増し、耐久性が向上します。これにより、耐久性が向上し、落下などの予期せぬ事態にも耐えることができます。
3. 接続
通常、複数のコンポーネントを接続するには複数の接続ポイントが必要です。多層PCBでは、個別の接続ポイントが1つだけ必要です。この利点は、デバイスのシンプルな設計と軽量化に貢献しています。
4. さらなるパワー
多層PCBの密度を高めることで、電力消費量の多いデバイスにも適したものになります。一般的に、これはより高速かつ効率的に動作できることを意味します。容量の増加により、高出力デバイスにも適しています。
多層PCBの欠点
1. より高価
多層基板は、追加の材料、専門知識、そして開発期間が必要となるため、コストが高額になる可能性があります。そのため、多層部品の使用が価格以上のメリットをもたらすかどうかを確認する必要があります。
2. 長いリードタイム
多層基板の開発にはより長い時間がかかります。これは、各層を個別の基板にするために、重要な部品を固定する必要があるためです。これらの各工程が、全体の完成時間に影響します。
3. 修理は複雑になることがある
多層PCBに問題が発生した場合、修理が困難になる可能性があります。内部層の一部は外部から確認できない場合があり、部品や基板の物理的な損傷の原因を特定するのが難しくなります。さらに、基板に搭載されている部品の数も修理を困難にするため、考慮する必要があります。
違い：単層PCBと多層PCB
1. 製造工程
単層PCBの製造工程は非常に長く、通常は多くのCNC加工基板を作成するためのプロセス。全プロセスには、切断、穴あけ、グラフィック配置、エッチング、はんだマスク、印刷が含まれます。
その後、表面処理を経てテスト、検査され、出荷用に梱包されます。
一方、多層PCBは特殊なプロセスで製造されます。プリプレグと基盤材料の層を高圧高温で重ね合わせます。これにより、各層の間に空気が入り込むことがなくなります。また、樹脂が導体を覆い、各層を固定する接着剤が適切に溶融・硬化するようになります。
2. 材質
単層および多層PCBは、金属、FR-4、CEM、テフロン、ポリイミドなどの材料を使用して製造されます。それでも、銅が最も一般的な選択肢です。
3. コスト
全体的に見て、単層PCBは多層PCBよりもコストが低くなります。これは主に、使用される材料、製造時間、そして専門知識によるものです。サイズ、積層、リードタイムなど、その他の要因も価格に影響を与える可能性があります。
4. 応用
一般的に、単層 PCB はシンプルなデバイスに使用され、多層 PCB はスマートフォンなどの高度なテクノロジーに適しています。
単層PCBと多層PCBのどちらが必要かを判断する
プロジェクトに必要なプリント基板の種類を、まずは多層プリント基板か単層プリント基板かを判断すると良いでしょう。次に、プロジェクトの種類と最適な基板の種類を検討します。以下の5つの質問について自問自答してみましょう。
1. どの程度の機能が必要ですか？ 複雑な場合は、より多くのレイヤーが必要になる場合があります。
2. 基板の最大サイズはどれくらいですか？多層基板により、より小さな面積でより多くの機能を実現できます。
3. 耐久性を重視しますか？耐久性を重視する場合は、多層構造が最適です。
4. 予算はいくらくらいかかりますか？ 500 ドル未満の予算の場合は、単層ボードが最適です。
5. PCBのリードタイムはどのくらいですか？単層プリント基板のリードタイムは、多層基板よりも短くなります。
動作周波数、密度、信号層といった技術的な質問にも答える必要があります。これらの質問によって、1層、3層、4層、あるいはそれ以上の層を持つ基板が必要かどうかが決まります。
投稿日時: 2023年2月14日