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プリント基板の層数の決め方



 
 

プリント基板の「層数」とは

層数とは、銅箔のある面の数です。
例えば、板の表面にだけ銅箔パターンがある基板は片面基板(1層基板)と呼びます。
表と裏の両方に銅箔パターンがある基板は両面基板(2層基板)です。
近年のプリント基板においては、板の表裏だけではなく、内部にも銅箔パターンを形成することができ、これを「内層」と呼びます。
内層を使った基板では、4層基板、6層基板、8層基板くらいまでが主流ですが、製品によっては最大数十層に積層することもあります。



このページでは、どのように層数を決めるかを解説していきます。
 
 

基本的な考え方

特に理由がなければ、層数はできるだけ少なくした方が良いでしょう。
層数が少ないほどコストが安く、納期も早くなります。
また、当然アートワーク設計も層数が少ない方が労力がかかりません。

 
 

両面基板・片面基板

上では、層数をできるだけ少なくした方が良いと書きましたが、片面基板・両面基板のどちらにするかは注意が必要です。
両面基板、片面基板のメリット・デメリットを記載します。
なお、ユニクラフトの基板製造においては、少量の場合、片面基板と両面基板のコスト・納期は同じです。

両面基板
 <メリット>
 ・両面にパターンを引けるので、多少複雑な回路でもアートワークが容易。
 ・最短距離で配線しやすい。
 ・DIP部品はスルーホール内にもはんだが入るため、機械的強度が高い。
 
 <デメリット>
 ・DIP部品を一旦はんだ付けすると、取り外すのが大変。(スルーホール内にはんだが充填されるため)

片面基板
 <メリット>
 ・単純な回路の場合、アートワークが容易。
 ・量産の場合は、両面基板よりコストが安い。
 ・一旦はんだ付けした部品(DIP部品)を取り外しやすい。
 
 <デメリット>
 ・はんだ付けしたDIP部品を取り外しやすいが、ランド剥がれも起こりやすい。
 ・片面基板ではスルーホール(穴壁の銅メッキ)を形成できない。
 ・片面ベタにすると基板の反りが発生しやすい。
 ・配線を通せない場合にジャンパ線が必要になる。
   ⇒この場合は、両面基板への変更を検討

 
 

多層基板(4層以上の基板)

以下のようなケースでは多層基板(4層以上の基板)を選択します。

両面では配線しきれない場合
  回路規模が大きくなってくると、両面では配線しきれなくなります。
  一般的な回路では、GNDや電源線が多くなってきますので、通常はGNDと電源を内層に配置することが多いです。
  例えば、L2層にGNDベタ、L3層に電源ベタ などといった具合です。
  これにより表層(L1,L4)は信号線のみとなり、すっきりとしたアートワークになります。
  また、電源・GNDをベタにすることによって、電流容量などを細かく考慮する必要がなくなります。
 
BGAや狭ピッチの部品を使う場合
  特にBGA部品は両面基板では全ピンの配線を引き出すことができない場合があります。
  そのようなときは、内層も使って配線を引き出します。
  また、表面実装部品だけでなく、ピン数の多いDIPのコネクタについても同様に配線を引き出せない場合は内層を使います。
  
高速通信
  高速の通信などでインピーダンスを調整するために、内層をベタGNDにすることがあります。
  両面基板でも不可能ではないですが、ベタと信号線の距離がより近くなる多層基板の方がインピーダンスの調整はしやすくなります。
  
ノイズを考慮した設計
  内層にベタGNDを配置することで、放射ノイズやイミュニティの特性が良くなる傾向にあります。
     
 
 

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