単面対 双面対 多層PCB: プロジェクトに適した設計を選択する

印刷回路板 (PCB) は現代の電子機器の骨組みですが,すべてのPCBは等しく作られているわけではありません.複雑さなどの要因によって異なります各型には独自の利点と限界があり,シンプルなLED懐中電灯から高度な5Gルーターまで,さまざまな用途に適しています.

このガイドでは,この3種類のPCBの主要な違いを分解し,その構造,性能,コスト,理想的な使用事例を比較します.エンジニア機能と手頃な価格のバランスをとる 適切な意思決定を行うことができます

主要 な 教訓
1単面型PCBは最もシンプルで安価で,片側に部品があり,低複雑度デバイス (例えば計算機) に最適ですが,密度が低く信号路由が制限されています.
2双面PCBは両側と穴を通ったバイアスのコンポーネントにより柔軟性があり,中程度のコストで中程度の複雑性 (Arduinoボードなど) をサポートします.
3多層PCB (4層以上) は高密度,優れた信号完整性,および電源管理を提供し,複雑な電子機器 (例えばスマートフォン,5Gベースステーション) がより高いコストで.
4適正なタイプを選択すると,生産コストは20~50%削減されます.単純なデバイスの多層PCBを過剰に設計することはお金の無駄です.複雑な設計のための単面板で低工学が性能障害を引き起こす一方で.

単面 PCB や 双面 PCB や 多層 PCB は どう 定義 さ れ ます か
これらのPCBタイプとの基本的な違いは,層数と部品や痕跡がどのように配置されているかにある.

片面PCB
a.構造: 単層の導電性銅ホイールが隔熱基板 (典型的にはFR4) の片側に結合する.部品は銅側に固定される.その単一の層ですべての痕跡が経路されている.
b.主要特徴: 導電層が1つしかないため,バイアス (層をつなぐ穴) が不要である.
c.厚さ:通常0.8~1.6mmで,痕跡として1オンス銅 (35μm厚さ) が含まれる.

双面 PCB
a.構造:基板の両側には銅層があり,上部と下部を繋ぐ孔状のバイアス (塗装された穴) があります.各側に部品を設置できます.
b.主要特徴:ビアはシグナルが層間を飛び越えるようにし,単面PCBよりも複雑なルーティングを可能にします.
厚さ:0.8~2.4mm,痕跡として1~2オンス銅 (35~70μm)

多層PCB
a.構造: 隔熱基層 (プレプレグとコア) によって隔離された4つ以上の銅層 (偶数も標準) 内層はしばしば地面平面または電力配送ネットワークとして機能する.,外層が部品を保持している間
b.主要特徴: 盲目経路 (外層と内層を接続する) と埋もれた経路 (内層のみを接続する) は,空間を犠牲にせずに密度の高い経路を可能にします.制御されたインペダンストラスは高速信号をサポートします.
c.厚さ:電力の要求に応じて1oz3ozの銅 (35oz105μm) を含む4oz16層の1.2~3.2mm.

隣り合わせ比較: 主要な特徴

種類別 の 利点 と 制限
片面PCB
利点:
a.低コスト:最もシンプルな製造プロセス (掘削や塗装によるものではなく) は,双面PCBと比較して材料と労働コストを30~50%削減します.
b.迅速な生産: 層の調整や処理の必要性なく,プロトタイプの2~5日間のリードタイムを可能にします.
c. 簡単な検査: すべての痕跡と部品は片側から見えるので,手動テストとトラブルシューティングを簡素化します.

制限:
a.低密度: 短縮せずに線路が交差できないため,部品数と設計の複雑性が制限される.
信号の整合性が悪い: 長い曲がりくねった軌跡 (交差点を避けるために必要) は高速設計では信号の遅延と騒音を引き起こす.
c. 限られた電源処理: 単一の銅層は電流の流れを制限し,高電力装置に適さない.

双面 PCB
利点:
a.密度増加:ビアは,反対層にルーティングすることで,単面PCBよりも2倍3倍以上のコンポーネントをサポートすることで,痕跡が交差することを可能にします.
b.よりよい信号ルーティング:より短い経路 (バイアスにより) は信号損失を軽減し,低速デジタル設計 (≤100MHz) に適している.
費用対効果のバランス: 多層PCBよりも安価で,単面板よりも柔軟性があります

制限:
a. 層数によってまだ制限される: 複雑な設計 (例えば,100以上のコンポーネントや高速信号を含む) は,交差音の回避のためにより多くの層を必要とします.
b.経路信頼性: 透孔経路は,高温環境 (例えば自動車エンジン) のリスクである熱圧下で樽の裂けやすい.

多層PCB
利点:
a.高密度: 内部層と高度なバイアス (盲目/埋葬) は,スマートフォンなどのコンパクトデバイスにとって重要な二面PCBよりも5〜10倍以上のコンポーネントを可能にします.
b. 優れた信号完全性:制御されたインピーダンスの痕跡 (50Ω/100Ω) と専用の地面平面は,高速信号 (1Gbps+) をサポートするクロスストークとEMIを最小限に抑える.
c.効率的な電力配給: 5G トランシーバーのような電力需要の高いデバイスのために,分離された電力層が電圧低下を軽減し,高電流 (10A+) を処理します.
d.機械的強度:複数の基板層により,単面/双面PCBよりも硬く,歪みに耐える.

制限:
a.より高いコスト:複合的な製造 (層の調整,掘削,ラミネート) は,双面PCBと比較してコストを2倍5倍に増加させる.
b.より長いリードタイム:精密エンジニアリングとテストにより,プロトタイプでは生産時間が7~14日,高層数板ではより長くなります.
c.リワークの課題:内層の欠陥は修復が困難で,廃棄物使用率とリワークコストが増加します.

各 PCB タイプ の 理想 的 な 応用
PCBの種類をアプリケーションに合わせることで,最適な性能とコスト効率が確保されます.

片面PCB
空間と性能が重要でない低コストで複雑なデバイスに最適です
a.消費者電子機器:リモコン,電卓,LED懐中電灯,おもちゃ.
(b) 産業用センサー:最小限の部品を備えた単純な温度または湿度センサー.
c.電源: 活性成分が少ない基本的な線形電源.
例:子供用のおもちゃPCBは1台あたり1ドル未満のコストを維持するために単面設計を使用し,10~15のコンポーネント (LED,レジスタ,単純なIC) を使用します.

双面 PCB
単面PCBよりも多くのコンポーネントとより良いルーティングを必要とする中程度の複雑さのデバイスに適しています.
a.組み込みシステム:アルディノボード,ラズベリーパイピコ,基本的なマイクロコントローラーベースのデバイス.
b.自動車用アクセサリー: 自動車の充電器,ダッシュボードカメラ,ブルートゥース受信機.
c.音声機器:ヘッドフォン増幅器,基本スピーカー,FMラジオ.
例:Arduino Unoは,二面PCBを使用して,50以上のコンポーネント (USBポート,電圧調節器,GPIOピン) をマッチし,両側から穴を通過するバイアスを介して経路する痕跡を使用します.

多層PCB
高性能で複雑な電子機器には不可欠です 密度,速度,信頼性が重要です
a.スマートフォンとウェアラブル: 6~12層 PCBはプロセッサ,5Gモデムとバッテリーをスライムなデザインに組み込む.
通信インフラ: 5G ベース ステーションとデータ センター スイッチは 28GHz mmWave トランシーバーと 100Gbps+ 信号のために 12 〜 16 層 PCB を使用します.
c.医療機器:MRI機器とペースメーカーは,正確な信号路由とEMI抵抗のために4−8層PCBに依存しています.
d.航空宇宙: 衛星のペイロードは,高Tg基質の8~12層PCBを使用し,極端な温度と放射線に耐える.
例: 5G スマートフォンのメインPCBは 8 層の設計である. 構成要素のための 2 層の外層,電源配給のための 2 層の内層,高速信号ルーティング (5G,Wi-Fi 6E) の 4 層.

費用 分割:多層 PCB の 値段 が 高い の は なぜ です か
製造の複雑さから生じるPCBタイプ間のコスト差:

正しい PCB の 種類 を 選べ
最適なPCBタイプを選択するには,次の決定枠組みに従ってください.
1構成要素数を評価する:
<50 部品: 一面.
50×200 部品: 双面.
200の部品:多層

2信号速度を評価する
≤100MHz:単面または双面.
100MHz1Gbps: 双面または4層.
1Gbps:制御されたインピーダンスの4層以上

3電力需要を考慮してください:
< 1A:単面.
厚い銅の2面.
10A:専用電源層を持つ多層.

4空間制限をチェック:
大型収納物 (例えば工業用箱):単面/双面.
コンパクトデバイス (例えばウェアラブル):多層.

5バランスコストとパフォーマンス:
費用 を 優先 する: 要求 に 合致 する 最も シンプル な タイプ を 使用 する.
性能を優先する:信頼性のためにより高いレイヤカウントにアップグレードする.

よくある質問
Q: デザインは単面PCBから始まり 多層に拡大できますか?
A:はい.多くの製品は,機能が追加されるにつれて,単層からダブル層,多層層へと進化しています.例えば,初期のスマートウォッチは双面PCBを使用しましたが,現代のモデルは6~8層の設計を使用しています.

Q:多層PCBは高速信号に常に優れているのですか?
A:一般的には,はい.専用地面平面と制御インピーダンスの痕跡は信号損失を最小限に抑えます.しかし,よく設計された双面PCBは,短い痕跡 (≤5cm) で1Gbpsまで処理できます.

Q: 多層PCBを使用すると,どのようにコストを削減できますか?
A: 層数を最適化する (例えば,可能な限り6層の代わりに4層を使用する) 盲目/埋もれたバイアスを重要な領域に制限する.高価な材料の代わりに標準FR4を使用する (高周波で必要でない場合を除く).

Q:単面PCBは RoHS に準拠できるのか?
A: はい.RoHS準拠は,層数ではなく材料 (鉛のない溶接物,ハロゲンのない基板) に依存します.今日,ほとんどの単面PCBはRoHS準拠材料を使用しています.

Q:PCBの最大層数は?
A: 商業用PCBは通常,最大40層 (例えばスーパーコンピュータ用) で使用されますが,ほとんどのアプリケーションでは4~16層を使用します.

結論
単面,双面,多層PCBの選択は,複雑性,性能,コストのバランスに依存します.単面PCBはシンプルで低コストなデバイスで優れています.双面板は中途半端なデザインを可能にします多層PCBは 高性能で密度の高い電子機器に 高いコストにも関わらず

パソコンのPCBタイプを プロジェクト構成要素数 信号速度 電力需要 空間制限に合わせることで過剰なエンジニアリング (そして過剰な支出) や不足したエンジニアリング (そして失敗のリスク) を避けることができます電子機器の縮小と加速が続くにつれて,多層PCBの重要性は増加するでしょう.しかし,単面板と双面板は,コストに敏感で複雑なアプリケーションにとって不可欠です.

最終的には 適切なPCBタイプは 余計な費用なしで デザイン要件を満たし 製品が機能的であり 市場での競争力があることを保証します