プリント基板 - あらゆる電子機器に不可欠な部品

プリント回路基板は、多くの電子機器の基本部品である。銅やその他の柔軟な素材から作られており、部品を簡単に追加したり交換したりすることができます。以下は、この部品に関するいくつかの事実です。プリント回路基板は、あらゆる電子機器に不可欠な部品であり、新しい機器を購入する前に、その仕組みを知っておくことが不可欠です。

プリント回路基板は、多くの電子機器の基盤部品である。

プリント回路基板（PCB）は、多くの電子機器の基盤となっている。単層のガレージドアオープナーから多層の高速サーバーまで、その複雑さはさまざまです。PCBは、抵抗器、コンデンサ、無線装置、半導体など、他の電子部品の取り付け面を提供します。

PCBは、細い銅線と銀のパッドで覆われた薄い長方形の基板です。多くの電子機器の心臓部であり、この基板に使われている様々な種類と部品を理解することが重要です。また、プリント基板の歴史や進化、製造工程を理解することも役立ちます。

プリント回路基板は通常、各アプリケーションのニーズに合わせてカスタム設計される。単層リジッド基板であったり、多層フレキシブル回路であったりする。プリント基板は、CAD（コンピュータ支援設計）として知られる専用のコンピュータ・ソフトウェアで設計され、基板上の回路や接続ポイントを最適な位置に配置します。このソフトウェアは、PCBに部品をはんだ付けする方法も知っている。

コンポーネントの追加や交換が簡単にできる

プリント基板（PCB）は電子機器の構成要素です。電子部品の追加や交換を素早く簡単に行うことができます。これらの基板には様々な形状があり、スマートウォッチからコンピュータ部品まで、様々な用途があります。例えば、多層PCBはX線装置、心臓モニター、CATスキャン装置などによく使用されています。

プリント回路基板には、他のパッケージング方法と比較して多くの利点があります。第一は、従来の配線に代わる、より費用対効果の高い方法である。従来の配線では、コンポーネントはワイヤーで接続され、通常は合板やベークライトでできた硬い基板に取り付けられていた。そして、導電路を形成するためにはんだが加えられた。結局、これらの回路は非常に大きく複雑になり、製造やデバッグが困難になる。さらに、手作業によるはんだ付けは時間がかかる。

プリント基板はまた、あらゆる電子機器に部品を追加したり交換したりする簡単な方法を提供する。これらの基板には、部品をより大きなシステムに取り付けるための多数のコネクタがある。これらのコネクタには、ピンヘッダやソケットが含まれます。PCBが古かったり、不具合がある場合は、リバースエンジニアリングすることもできます。リバースエンジニアリングにより、PCBを新しい部品で作り直すことができ、より高い性能を提供することができます。

銅製

銅はプリント回路に使われる重要な材料である。特定のパターンを形成するために、メッキやエッチングが施されることが多い。また、RFID（Radio Frequency Identification：無線周波数識別）技術にも使用される。例えば、自動車を運転していてRFIDで支払いをしたい場合、ガソリン代を支払うためには自動車の近くにいる必要がある。銅は無線周波数の範囲を広げるため、このプロセスで使用される。銅はプリント回路基板の製造にも使われる。その工程は、まずフレキシブル・フィルムに銅をメッキし、次にエッチングして無垢の銅の細い線を作ることから始まる。現在では、この工程はインクジェット・プリンターを使って行われることが多く、無駄が省かれ、回路をよりコスト効率よく作ることができる。

PCB製造に使用される銅の厚さは、メーカーや使用目的によって異なります。厚さは通常、1平方フィートあたりのオンスで指定されます。ほとんどのPCBには1平方フィートあたり1オンスの銅板が使われ、高電力負荷のPCBには1平方フィートあたり2、3オンスの銅板が使われます。典型的な1平方フィートあたり1オンスの銅シートの厚さは約34マイクロメートルです。

柔軟な素材で作られている

プリント回路基板は、電子機器の最も重要な部品のひとつであり、必要なスペースの削減に役立つ柔軟な材料で作られています。この材料はまた、過酷な条件下での性能にとって重要な相互接続点の数を最小限に抑えるためにも使用されます。今日、FR-4は回路基板の製造に使用される最も一般的な誘電体材料のひとつです。ガラス繊維不織布や紙も補強材としてよく使用されます。さらに、PCBの誘電率を高めるためにセラミックを使用することもできます。

プリント回路基板は様々な材料で作られており、材料の選択は用途によって異なる。それぞれの材料は回路に異なる特性を与えます。一般的に、設計者は高速アプリケーション用の電気的性能、機械的または熱的耐久性、および政府要件に基づいて材料を選択します。例えば、RoHS指令は、欧州連合（EU）で禁止されている金属や化学物質の使用を避けるようメーカーに要求しています。

リジッドPCBに加えて、フレキシブルPCBもフレキシブル素材の一種である。フレキシブルPCBは、テキスタイルに貼り付けたり、マイクロプロセッサーやセンサー、データ記憶装置の基板として使用することができる。フレキシブル・アプリケーション用に伸縮可能なPCBの開発に取り組んでいる企業もある。

回路基板の主な機能とは？

回路基板にはさまざまな機能がある。電気部品を接続したり、ノイズをフィルタリングしたり、機械部品をサポートしたりする。また、軍事産業や電気通信産業でも使用されています。コストを削減し、エネルギー消費を抑えることができます。そのさまざまな機能について、さらに詳しく学びましょう。いくつかの例をご紹介します。

機械的に支える

回路基板は、現代の電子機器の最も重要な部分であり、電子部品の機械的サポートと電気的接続の両方を提供する。これらの基板は通常、ガラス繊維とエポキシ樹脂のラミネートでできており、片面または両面に銅が使われている。PCBに使用される材料は、特定の機器の電気的要件に基づいて選択する必要があります。

電気部品の接続

回路基板は、さまざまな機器に電力を供給するための入出力電流を制御するために使用される。単純なバッテリー充電器からコンピュータのマザーボードまで、さまざまなプロジェクトに使用できる。回路基板に使用される部品のほとんどは一般的なもので、電気店で購入することができる。これらは通常、電力と値を示すために色分けされている。

回路基板には、抵抗器やコンデンサーなど、さまざまな部品が含まれている。最も重要な部品は、電流を流すための抵抗器である。その他の重要な部品には、エネルギーを蓄えるトランジスタやコンデンサがある。

フィルターノイズ

電子機器におけるノイズの主な発生源は回路基板だが、ノイズの発生を最小限に抑える方法がある。最初のステップは、ノイズの主な発生源を理解し、それを軽減する技術を導入することである。例えば、パワー部品をより近くに配置することで、隣接するトレースのインダクタンスを低減することができる。また、高速部品を可能な限り最短経路に配置することで、グランドへの電流の跳ね返りを減らすことができる。さらに、バイパス・コンデンサをパワー部品の近くに配置することで、信号のスイッチング時に発生する電流スパイクを抑えることができる。

ノイズを低減する最も効果的な方法のひとつは、マルチステージフィルターを使用することです。これらのフィルターは、特定の周波数のノイズを低減することができる。さらに、表面実装デバイスとしてパッケージ化することができる。

電気配線の簡素化

プリント回路基板は、電気配線を簡素化する素晴らしい方法です。ワイヤーやケーブルの代わりに、回路基板は銅のトラックを使って部品をつなぎます。これにより、はんだ付けや自動配線が容易になります。この方法は大量生産も可能で、幅広い用途に使用できます。

回路基板の配線は簡単な作業に見えるかもしれないが、数時間から数日かかることもある。配線のわずかな改善でも、時間とコストに大きな違いが生じる。例えば、DBボックス内のワイヤー終端を接続するのにかかる時間は、回路基板内の何千ものワイヤー終端を接続するのに比べれば数秒だ。したがって、電気配線を簡素化することは、時間を節約し、工数コストを削減する素晴らしい方法である。

回路基板を配線する場合、部品の接続とそれらがどのように連動するかを理解することが重要です。部品間の電気的接続は、配線図で示されることが多い。この図は、コンポーネントを表す標準化されたシンボルを示しています。