片面基板の配線設計における5つのポイント

 

基板の小型化・高密度化が進む現代においても

片面基板は低コストであるという利点から

回路規模が小さく、密度に余裕があるケース等、

幅広い用途で重宝されています。

 

しかしながら、片面基板では、

一つの銅箔面で全ての配線設計を行う必要があるため、

両面基板・多層基板とは異なる独自のポイントを

押さえた上で設計を行う必要があります。

 

仮に両面基板や多層基板と同じ感覚で設計を行うと、

「スペースが足りずに、片面に配線設計を収めることができない…」

なんて事態にも陥りかねません。

 

そこで、今回はこの片面基板の

配線設計ポイントを5つご紹介したいと思います。

 

少しでも興味を持っていただけましたら、

是非最後までご確認ください！

 

ポイント①：部品取り付け穴のランド径を大きくする

 

両面基板におけるDIP部品の取り付け穴は、

穴壁にもめっきの付いたスルーホールであり

下図のように部品のリードを差し込み、

両面のランドや穴壁にはんだで取り付けることができます。

 

一方、一般的な片面基板における部品取り付け穴は、

下図の通り、穴壁にめっきがなくランドは片側のノンスルーホールとなっており、

はんだ付けする部分が少ないのです。

この状態では、強度的に弱くなるので、ランドの剥離やクラックが起きる可能性があります。

 

 

上述の問題を回避するため、下図の通り、

片面基板における部品取り付け穴では、

ランド径をスルーホール基板よりも大きくし、

また、レジストを少し被せる（オーバーレジスト）ことが重要です。

 

これにより、はんだ付けできる部分が増えることによる強度向上はもちろん、

ランドの剥離やクラック発生のリスクを削減できるのです。

 

 

ポイント②：配線スペースを確保するため、ランドを長丸形状にする

 

両面基板・多層基板と比較し、

片面基板は、配線スペースが非常に限られているため、

ピンとピンの間に配線することも重要となります。

また、ピン間を配線することで、配線を入れ替えることが出来ます。

 

ただし、配線したいピン間に片面基板用に大きくしたランドがあると、

スペースを圧迫し、ピン間をうまく配線することができない

といったケースがあります。

 

こんな場合、下図のように長手方向に

ランドを大きくし、長丸形状にすることで

ピン間を配線することができるようになります。

つまり、配線スペースに余裕がない場合には、

ランド形状を長丸形状へ柔軟に変更するなど

スペースを確保する対策が重要なのです。

 

 

ポイント③：SMD部品は、DIP部品と逆側の面に配置する

 

片面基板において、下図のようにSMD部品とDIP部品の双方を使用する場合、

誤って、DIP部品と同じ面にSMD部品を配置してしまうケースがあります。

 

 

当然のことながら、片面基板では片側にしか銅箔がないため、

これでは、DIP・SMDのどちらかの部品をはんだ付けすることができず、

製品として成り立ちません。

 

つまり、片面基板において、

SMD部品とDIP部品を併用する場合は、下図のように

必ずSMD部品をDIP部品とは逆側の面に配置する必要があります。

こんな基本は間違わないと思ってしまいがちですが、配置時には意外と多いので

手戻りを防ぐ意味でも確認してから設計を行いましょう。

 

 

 

ポイント④：配線を交差させる場合は、ジャンパーを活用する

 

片面基板では1面で配線を完結させる必要があるため、

配線を交差させることができません。

しかしながら、交差させないで配線を完了することは困難なことが多くあります。

 

そんな時には、ジャンパーの使用を選択肢に入れながら設計を進めましょう。

ジャンパーは、主にDIPタイプのジャンパー線や、

SMDタイプのジャンパー抵抗（0Ω抵抗）など、様々な形状・サイズがあります。

 

スペースや、配線本数などにより使い分ける必要がありますが、

特にSMDタイプのジャンパー抵抗を使用する際には、

部品下に配線が密集することになりますので、

ノイズの抑制に細心の注意を払いましょう。

 

 

ポイント⑤：配線を考慮し、部品配置を最適化する

 

両面基板や多層基板と比較すると、

片面基板は部品配置や配線設計が非常に難しいといえます。

 

特に片面基板では、ポイント④でも解説しました通り

1面で配線を完結させる必要があります。

 

そのためには、配線設計のみならず、

部品配置の工夫も重要です。

 

どれだけ配線設計を工夫したとしても、

部品が最適な配置でないと、配線の交差する数が増えてしまいます。

 

すると、ジャンパーの数が増えスペースを圧迫して

片面では配線が成り立たなくなるという悪循環につながるのです。

 

そのため、片面基板では両面基板や多層基板の設計時よりも

さらに、配線を考慮しながら、部品配置を行いましょう。

 

 

片面基板の配線設計もアート電子にお任せください！

 

当記事をお読みいただき、ありがとうございます。

 

片面基板の配線設計の際に、当記事の情報を

ご活用いただけますと非常に嬉しいです。

 

ちなみに、アート電子では

片面基板の配線設計も得意としており、

片面基板独自のポイントを押さえた上で、

最適なパターン設計を行うことが可能です。

 

また、片面基板のパターン設計のみならず、

回路設計〜部品実装まで一貫して対応することが可能ですので、

お困りの案件がございましたら、お気軽にご相談ください。

 

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