現代のエレクトロニクスにおける2層PCBボードの役割

はじめに

2層PCBボードは、民生機器から産業機械まで、変化するエレクトロニクスの世界で幅広い製品の基本的な部分となっています。2層PCBは、両面PCBとも呼ばれ、回路設計者は、ボードの両面を使用することにより、小さな領域に多くの機能をパックすることができます。この設計改善は、コスト効率を維持しながら高性能回路を実現する上で重要な役割を果たします。この記事では、2層PCBボードとは何か、その利点、一般的な用途、設計と製造のベストプラクティスについて説明します。

2層PCBボードとは？

　両面PCB、または2層PCBは、2つの導電性銅層で構成されています。単層PCBよりも両面に部品や導電性トレースを配置できるため、複雑な回路設計が可能になります。この基板は、中程度の複雑さを必要としながらも、多層基板のような高い費用と複雑さを必要としないアプリケーションに最適です。2層基板は層間を信号が行き来できるため、2層基板上のトレースをリンクさせることができます。

2層PCBボードの構造

2レイヤーPCBは、いくつかのレイヤーを積み重ねたもので、それぞれが特定の用途に使用されます：

サブストレート（基材）：

　基板（基材）：通常グラスファイバー（FR4）で構成される基板の機械的支持と絶縁ツール。

銅層

　銅層をエッチングして回路経路を形成し、電流を流して信号を伝達する。

ソルダーマスク

　ソルダーマスクは銅トレースを覆い、短絡を避け、環境要因を保護します。

シルクスクリーン

　最上層のシルクスクリーンは、部品ラベル、シンボル、その他の識別子を印刷し、組み立てやトラブルシューティングをサポートします。

2層PCBボードを使用する利点

　2層PCBは、様々な用途のための一般的な選択肢で大きな利点があります：

設計の柔軟性の向上

　PCBの両面を使用することで、より複雑な回路配線が可能になるため、小型設計のパフォーマンスが向上します。

回路密度の向上

　2層基板は、単層PCBよりも回路密度が向上するため、より小さなフットプリントでより多くの部品を搭載することができます。

費用対効果

　費用対効果：2層PCBは多層PCBよりもリーズナブルな価格です。

製造の容易さ

　2層PCBは多層PCBより製造工程が複雑でないため、短納期、低コストが実現できます。

2層PCBボードの用途

2層PCBは、柔軟性があり、バランスよく動作するため、多くの異なる分野で広く使用されています。その多様な用途の一部をご紹介します：

民生用電子機器

　2層PCBは一般的に使用されている タブレット、スマートウォッチ、携帯電話などのデバイスでは、性能とコストのバランスを取るために使用されることがあります。

自動車システム

　2層PCBは、制御モジュールからエンターテイメントシステムまで、現代の自動車エレクトロニクスにおいて重要な役割を果たしています。

産業用制御機器    

　2層基板は、センサー、モーターコントローラー、オートメーションシステムなどの産業制御のような困難な状況で信頼性の高い性能を発揮するために重要です。

医療機器

　2層PCBは携帯医療機器や診断機器に使用され、小型で強力な性能を発揮します。

2層PCBと多層PCBの比較

　2層PCBと多層PCBを選択する際には、トレードオフを理解することが重要です。

コストと複雑さ

　2層PCBは、スペースが重要な考慮事項であり、多層基板への需要がある場合、非常に複雑な回路ですが、より手頃な価格と製造が簡単です。

シグナルインテグリティ

　多層基板は、電源プレーンとグランドプレーンが異なるため、シグナルインテグリティの管理がしやすく、高周波アプリケーションに適しています。

設計の柔軟性

　2層PCBは中程度の設計には十分な柔軟性を提供しますが、より複雑なアプリケーションには多層基板が提供する余分な層が必要になる場合があります。

6PCB 2層PCBレイアウトのヒント

2層PCB基板の性能を最適化するには、適切なレイアウトと設計が不可欠です。これらは考慮すべき重要な要素です：

部品の配置

　コンポーネントは論理的に配置し、最初に電源、次に重要な信号経路を基準にします。これにより、信号の干渉が少なくなり、効果的な配線が保証されます。

ビアマネージメント

　トップレイヤーとボトムレイヤーは、マネジメント・ビアで接続される。構造的完全性を維持し、信号損失を避けるには、適切なビア配置が重要です。

グランドプレーン設計

　一層の連続グランドプレーン設計は、電磁干渉（EMI）の低減とシグナルインテグリティの向上に役立ちます。

トレース幅と間隔

　トレースの長さと間隔を一定に保つことで、電流ニーズを満たし、連続するトレース間のクロストークを回避することができます。

72層PCBの製造プロセス

2層PCBの製造は様々なフェーズで構成されています：

設計とレイアウト

　まず、設計とレイアウトは、CADツールを使用して、回路図とレイアウトを作成します。PCBはこのデジタル設計をテンプレートとします。

写真製版

　フォトエングレービングでパターンを銅層に転写し、エッチングで余分な銅を取り除き、回路ラインを露出させます。

穴あけとビア形成

　ビア形成でトップ層とボトム層をつなぐビアを形成するために穴をあける。

ソルダーマスクの塗布

　回路を保護し、はんだ付けエリアを定義するためにソルダーマスクを塗布します。

シルクスクリーン印刷

　シルクスクリーン印刷は、部品ラベルやその他の識別情報を基板に印刷するために使用されます。

組み立てとテスト

　コンポーネントはボードにはんだ付けされ、信頼性と機能性を保証するために広範囲にテストされます。

正しい2層PCBボードの選択

　2層PCBを選択するには、複数の側面を考慮する必要があります：

材料の選択

　アプリケーションの機械的および熱的ニーズに合わせて、適切な基板材料（通常はFR4）を選択します。

銅の厚さ

オーバーヒートすることなく、予想される電流負荷を管理するのに十分な厚さの銅層を確認してください。

部品密度

部品が所定の面積に収まりながら許容できる電気的性能を維持することを保証するために、部品の数とサイズを考慮してください。

環境条件

温度、湿度、汚染にさらされる可能性などの要素を考慮して、ボードの保護層を選択する。

結論

　2層PCBボードは、複雑さ、コスト、性能の完璧なバランスなど、幅広い電気的用途に適切な選択肢を提供する。エレクトロニクス分野でのその重要な性質は、より多くの密度と設計の柔軟性を備えた控えめな回路設計をサポートする能力から来ている。小型で効果的なPCBに対する需要は、技術の発展とともに高まり続けるだろう。2層基板は、最新のデバイスを作る上で常に柱となります。

　2層PCBボードの目的、利点、ベストプラクティスを理解することは、設計者やメーカーが信頼性とパフォーマンスを向上させるために製品を最大限に活用するのに役立ちます。両面PCBは、民生用電子機器、自動車システム、産業用制御機器など、常に変化する電子技術革新の分野で重要な役割を担っています。