両面 PCB はどのように機能しますか?構造、ビア、アプリケーション

両面 PCB とは何ですか?またどのように機能しますか?

A 両面PCB 絶縁基板の上部と下部の両方に導電性の銅層を備えたプリント基板です。 メッキスルーホール 両側を電気的に接続します。すべてのトレースとコンポーネントが片面に配置される片面基板とは異なり、両面基板では、メッキビアを介して信号と電力を一方の層からもう一方の層に渡すことができます。尋ねた瞬間 両面PCBはどのように機能しますか 、あなたは本当に、これらのビアによって、複雑な回路をコンパクトなスペースに配線することがどのように可能になるのかを知りたいのです。各ビアは 2 つの銅層を橋渡しする銅メッキのバレルであり、配線できない迷路のようなジャンパー ワイヤをクリーンでプロフェッショナルな相互接続に変えます。

ボードの機能コアは、 両面PCB via connection 。ビアがなければ、2 つの銅の側面は互いに電気的に絶縁されたままとなり、もう一方の側面と交差する必要がある配線は行き止まりになってしまいます。メッキされたスルーホールを使用すると、設計者はビアを介して最上層から最下層に信号をドロップし、障害物の下に配線し、必要な場所に戻すことができます。これにより、配線密度が大幅に解放されます。両面ボードは大まかにホストできます 回路の複雑さが2倍になる 同じ寸法の片面基板で構成されており、ほとんどの民生用、産業用、および自動車用電子機器のベースラインとなっています。

両面 PCB 構造: 層、銅、基板

の 両面PCB structure 上部の銅箔、誘電体基板、下部の銅箔、および外側の 2 つのはんだマスク層の 5 つの異なる層で構成されます。基板はほとんどの場合 FR-4 (難燃性エポキシとガラスの複合材料) で、一般的な厚さは 1.6mm 標準ボードの場合は、スペースが狭い場合は 0.8 mm または 1.0 mm のより薄いコアが使用されます。このコアの両面に銅箔を加熱加圧して貼り合わせます。主要な設計パラメータは次のとおりです。 両面PCB copper thickness 、最も一般的には 1 オンス/平方フィート (厚さ約 35 μm) として指定されます。パワー エレクトロニクスやモーター コントローラーの場合、過剰な配線幅を持たずに大電流を処理するために、2 オンス (70 μm) またはさらには 3 オンス (105 μm) の銅が使用されます。

の plated through holes that define a 両面PCB with plated through holes 単純なチューブではありません。各穴は基板と銅箔にドリルで開けられ、次に無電解銅が穴の壁に化学的に堆積され、導電性シード層が作成されます。電解銅めっきによりバレルの厚みは通常、 20～25μm 。このバレルは、ひび割れすることなく熱サイクルに耐える必要があります。 FR-4 (Z 軸で約 14 ～ 17 ppm/°C) と銅 (17 ppm/°C) の間の熱膨張係数の不一致により、基板がリフローはんだ付けされるたびにビア バレルにストレスがかかります。良く作られたメッキスルーホールは耐久性があります。 500回以上の熱サイクル IPC-6012 クラス 2 許容基準に従って、抵抗が 10% 以上増加する前に。

両面 PCB 製造プロセス: ベアラミネートから完成基板まで

の 両面PCB manufacturing process 信頼性の高いボードを大規模に生産するために改良されたシーケンスに従います。まず、両面銅張りラミネートをパネルサイズにカットします。最初の主要な作業は穴あけです。コンピュータ制御の機械ドリルで、次のようなさまざまな穴が開けられます。 0.2mm～6.35mm 、最も一般的なビアの直径は 0.3 mm ～ 0.5 mm です。穴あけ後の穴壁の品質は​​非常に重要です。ドリルビットからの汚れが内側の銅エッジを覆い、適切なメッキの接着を妨げる可能性があります。プラズマまたは過マンガン酸塩化学を使用したデスミアプロセスにより、この残留物が除去されます。

次に、穴の壁に導電性を与える無電解銅めっきが行われ、続いて銅バレルを構築して表面の銅の厚さを均一に増やすパネルめっきが行われます。イメージング プロセスでは、ドライ フィルム フォトレジストを両面に塗布し、レジストレーション ピンを使用して上下のアートワークを位置合わせし、UV 光でレジストを露光します。不要な銅を現像してエッチングした後、内層のトレース、パッド、ビア ランドが残ります。次に、基板にはフォトイメージング可能な液体のはんだマスク (通常は緑色ですが、任意の色) が塗布され、パッドとビアのみが露出されます。最終段階では、必要な保存寿命とはんだ付けプロセスに応じて、HASL (熱風はんだレベリング)、ENIG (無電解ニッケル浸漬金)、または OSP (有機はんだ付け性保存剤) の表面仕上げが適用されます。全体 両面PCB manufacturing process ベアラミネートから完成基板までを短時間で完了できます。 24～72時間 最新の施設で、標準的な複雑さの設計で 98% 以上の歩留まりを実現します。

両面 PCB 設計: ビア、トレース配線、および銅の厚さの選択

効果的 両面PCB design レイヤーの割り当てから始まります。一般的な戦略の 1 つは、最上層を主にコンポーネントと短い相互接続専用にし、最下層はグランド プレーンと長い信号の配線チャネルとして機能するというものです。の 両面PCB via connection は、これらのプレーン間で信号を移動するための設計者ツールになります。ビアは、スタブの長さとインダクタンスを最小限に抑えるために、使用するパッドの近くに配置する必要がありますが、組み立て中にはんだが下に吸い上がるほど近づきすぎないようにしてください。経験則では、少なくともビア エッジを配置します。 0.25mm 標準密度設計の場合はパッドの端から。

適切なものを選択する 両面PCB copper thickness これは熱的および電気的な決定であり、恣意的な選択ではありません。以下の表は、外層に関する IPC-2221 ガイドラインに基づいて、10°C の温度上昇における一般的な銅の重りの実用的な電流容量をまとめたものです。

指定する場合 両面PCB design パラメータでは、めっきスルーホールのアスペクト比（基板の厚さをドリル穴の直径で割った値）を超えてはなりません。 標準的な製造では 8:1 。 0.3 mm のビアを備えた 1.6 mm 厚の基板では、信頼性の高いメッキ ウィンドウ内で快適に 5.3:1 の比率が得られます。 10:1 を超えると、めっきバレル内にボイドが発生するリスクが高まり、特殊なめっき浴とより長い処理時間が必要になるため、コストが増加します。

民生用、産業用、自動車用電子機器にわたる両面 PCB アプリケーション

両面 PCB アプリケーション コンポーネント密度が単層で処理できる量を超えているが、予算やスペースが多層基板をまだ正当化していないほぼすべての電子製品に適用されます。家庭用電化製品では、両面基板は電源アダプタ、テレビ電源、洗濯機制御モジュール、電子レンジ コントローラの基礎となります。一般的な家電コントローラーは両面基板を使用しています。 1.6mm FR-4, 1 oz copper, and ENIG finish 、上面でマイクロコントローラー、リレー、コネクタ端子をホストし、絶縁スロットを備えた下面で高電圧配線を配線します。

自動車分野では、ドア制御モジュール、LED 照明ドライバー、センサー インターフェイスに両面 PCB が使用されています。これらのボードは、-40°C ～ 125°C の熱衝撃テストに合格する必要があります。 両面PCB with plated through holes 数千回の熱サイクルにわたってバレルの完全性を維持する必要があります。自動車の設計では、多くの場合、 2オンスの銅 電源配線上に問題があり、組み立てられた基板上にコンフォーマル コーティングが必要です。産業用モーター ドライブ、PLC、計装モジュールも同様に、高電圧沿面距離に対応するために、厚い銅と重いはんだマスク ダムを備えた両面基板に依存しています。シンプルさと実証済みの信頼性により、 両面PCB structure HDI やマルチレイヤ テクノロジが進歩しても、関連性を維持します。2 つの信号レイヤのみを必要とする回路にとって、コストが最適化された選択肢であり続けます。