プリント基板（PCB）とは？意味と種類

推定読書時間 8 分

現在、プリント基板はほぼすべての電子機器を構成しています。プリント基板とは、“printed circuit board ”の略。今日の新しい電子技術の強固な基盤として機能することで、デバイスを動かすことができるすべての小さな部品は、何らかの形でこの材料に取り付けられ、この材料は、したがって、これらの小さな部品が互いに通信するために必要な電気経路を作成します。.

PCBとその用途

PCBは、物理的に部品を保持する非導電性材料で作られた平らな非導電性ボードです。この基板上には、トレースと呼ばれる一連の細い銅線があり、電線が信号を伝達するのと同じように、ある部品から別の部品に電気信号を伝達します。.

もしPCBがなかったら、これらの個々の部品をすべて接続すると、独立したワイヤーハーネスが何千本もできてしまいます。.

PCBは2つの大きな問題を解決します：

1. コンポーネントの物理的な取り付けは、コンポーネントの体系的な組み立てと製造の拡張性を容易にするため、特定の場所に行われます。.
2. 銅トレースは、安定した電気回路を提供し、一貫した信頼性の高い電気伝送を可能にします。.

すべての電子部品がはんだ付けされた完成した回路基板は、次のように呼ばれます。 プリント基板組立. .したがって、PCBとPCBAの違いは、PCBは裸の回路基板であり、PCBAは完成した完全に機能する回路基板であるということです。.

PCBの仕組み

PCB（プリント回路基板）の仕事は非常に基本的ですが、非常に重要です。.

プロセスの最初のステップは設計で、各パーツがどこに配置され、電気がどのように各パーツを通過するかを含む回路の概略図です。PCB自体は、多くの場合FR-4として知られるガラス繊維複合材料の一種から作られており、各トレースを通る電気信号が互いに干渉しないように電気を通しません。.

ヒントFR-4は「Flame Retardant 4」の略です。.

通常、PCBは部品をパッドにはんだ付けして接続することで組み立てられます。はんだは溶けやすい金属合金で、部品のリードとPCB上のパッドの間に電気的・機械的な強力な接続を形成します。.

デバイスに電力が供給されると、PCBはそのトレースを介してすべてのコンポーネントに電力を送ると同時に、異なるトレースを介してデータ信号を送信し、コンポーネントに動作の指示を供給します。このような電気の流れの組織化が、最新のデバイスの信頼性と低価格を実現しているのです。.

PCBを構成する部品とは？

PCBは一見同じように見えますが、実際には複数の層がプレスされて1枚のパネルになっています。以下の層がプリント基板と呼ばれるものを構成しています：

基板：PCBの主要部分であり、通常、基板の最大の面積を占めます。通常、FR-4材料で作られており、構造体として機能し、電気絶縁を提供し、難燃性です。.

銅層：各 PCB には、薄い銅箔を基板の上部または下部にラミネートした銅層があります。多層PCBは、銅層を基板層で分離し、銅をエッチングして回路パターンだけを残し、回路経路とポイントを定義します。.

ソルダーマスク：ソルダーマスクは銅の層の上に塗布され、ポリマーコーティングで作られています。ソルダーマスクは銅の酸化を防ぎ、2点間の不用意な電気的接続である「はんだブリッジ」を防ぎます。.

シルクスクリーンシルクスクリーン層は、最も一般的に白インクを使用して印刷されます。これは、エンジニアやアセンブラーがPCB上のさまざまなコンポーネントの位置を確認するためのリファレンスとして機能します。.

PCBにはどのような種類がありますか？

PCBは主に層数と剛性によって分類されます。.

層で分類されています。.

片面タイプ - 最もシンプルで安価なタイプです。部品とトレースはPCBの片面にあります。このタイプは電卓などの機器に使用されます。.

両面タイプ - このタイプはPCBの両面に銅トレースがあります。両面はビアと呼ばれるメッキ穴で接続されます。このタイプは通常、産業用制御回路や電源回路に使用されます。.

3層 - スマートフォンやノートパソコンに使用されています。このタイプは 3 層以上の銅層を積層したもので、高密度化と複雑な信号ルーティングを可能にします。.

硬さによって分類されます。.

リジッド - FR-4などの固体材料から作られています。リジッドは曲げることができません。コンピュータのマザーボードがこの良い例です。.

フレックス回路 - 柔軟性のあるプラスチックフィルム上に作られた回路。フレックス回路は、カメラやウェアラブルなどの場所に合わせて折ったり曲げたりすることができます。.

リジッドフレックス回路 - リジッド基板をフレキシブルテールで接続するハイブリッドコンビネーション。重いコネクタやケーブルを使用する必要がなく、航空宇宙や軍事用途に最適です。.

PCB設計と製造プロセス

機能的なPCBを作成するには、次の3つの段階が必要です、, ものづくりそして アセンブリ.

回路図の段階では、エンジニアは論理図を設計し、CADソフトウェアを使用してPCBのすべての回路と接続がどのように機能するかを定義します。.

フィジカル・レイアウトの段階では、設計者はPCB上にデジタル・フットプリントを配置し、次にトレースを配線して互いに干渉しないように接続します。.

設計プロセスの一環として、デザインルールチェックは、設計がPCBの規格外部品による故障を防ぐために必要な製造能力を満たしていることを検証するために行われます。.

ガーバーファイルはCADソフトウェアからエクスポートされます。ガーバーファイルには、銅層、ソルダーマスクなど、工場がPCBを製造するために必要なすべてのデータが含まれています。.

工場はガーバーファイルを受け取った後、PCB用の基板を切断し、穴を開け、フォトレジストと紫外線を使用して銅パターンをエッチングする製造プロセスを開始します。.

ベア PCB の製造に続いて、アセンブリが開始されます。ピックアンドプレースマシンにより、表面実装デバイスがパッド上に自動的に配置されます。その後、PCBはリフローはんだ付けを通過します。リフローによって発生する熱は、はんだペーストを溶かし、SMDをPCBに恒久的に取り付けます。.

最後に、お客様に出荷する前に、完成した基板をプローブで電気的にテストし、オープン回路やショート回路がないことを確認します。.

PCBはどこで使用されていますか？

PCBはほぼすべての現代製品に含まれています。 電子製品, 産業界や日常生活にも応用されています。.

• 家電製品:高密度多層PCBがラップトップ、スマートフォン、スマートホームデバイスを強化。.
• コンピュータ＆オフィス用品:デスクトップマザーボードやオフィス機器はPCBに依存しています。.
• 自動車部門:急成長するPCBユーザー-最新自動車のECUはPCBに依存。先進運転支援システムとEVは、堅牢な車載グレードPCBの需要を高めます。.
• 産業用途:耐久性のあるPCBは、製造制御システム、ロボット工学、クロスセクター技術（例、, 肥料組成の検出 システム）。過酷な条件にも耐えられます。.
• 医療分野:特殊なPCBは、多くの場合、コンパクトなリジッド-フレックス設計を使用して、信頼性の高いデバイスを可能にします。.
• 軍事/航空宇宙:最先端のPCBは過酷な環境でも完璧に動作し、トップクラスのPCB技術を代表します。.

結論

プリント回路基板は、シンプルでありながら非常に重要で強力な技術です。プリント回路基板の使用は、単純な片面PCBから、構造的なサポートと私たちの世界に電力を供給する電気経路を提供する、より複雑で硬く柔軟なPCBまで、多くの形態をとります。PCBはまた、コンピュータ、モバイル機器、自動車など、今日私たちが持っている多くの技術の基礎となる構成要素でもあります。.