回路基板の組み立て方

Before you start soldering, you should create a schematic design. This will help you choose the components you need and help you choose the correct placement. You can also use a pick and place machine to help you with the process. Once you have the schematic and components selected, you can begin assembling the board.

Creating a schematic design

If you have a design for an electronic circuit, you will need to create a schematic design. These diagrams are dense with information, including components, connectors, and pins. They should be labeled and arranged in the right order. These diagrams are used by people who are familiar with electronics and circuits.

Schematics are created in an electronic CAD system, specifically made for designing printed circuit boards. A schematic is a diagram of the electronic circuitry and uses industry-standard symbols and notations to represent different components. Each physical component will have an identifying symbol on the schematic.

After creating the schematic design, the next step is to create the printed circuit board layout and BOM. Altium Designer can automatically link the schematic data with the printed circuit board layout and BOM. As you create the circuit board layout, Altium Designer compiles the schematic data. Then, it automatically converts the SchDoc file into a PcbDoc file. Then, it opens an Engineering Change Order dialog, where you can list the individual components in the schematic.

ピック・アンド・プレイス・マシンの使用

Pick and place machines are a highly-efficient way to assemble circuit boards. They can place components on the board to an exact millimeter, reducing the space that must be allocated to each component. The machines also allow for greater productivity, helping designers create more advanced PCBs in a shorter period of time. These machines can also reduce the cost of PCB production.

The Pick and Place machine is loaded with components and has multiple feeds for each component. The machine’s various feeds can take reels, tubes, or even waffle packs. As a result, it can automatically pick the right parts for the board.

Using a metal sheet

When you are ready to assemble your circuit board, you need to start by transferring your design onto a metal sheet. The sheet needs to be large enough to cover the entire printed circuit board. You should also make sure that the apertures of the metal sheet match the PCB pattern. The thickness of the metal sheet should be uniform, as even a tiny undercut can cause significant problems at a later stage.

The metal core of the circuit board is the thickest material on the board. This metal layer provides rigidity and keeps the circuit flat. It also provides sufficient thickness to secure mounting hardware. The exposed metal sheet side of the board is usually unfinished and has no solder mask.

はんだペースト

Solder paste is an important part of the PCB assembly process. It’s used to fill holes in the PCB so that electrical components can be attached. The solder layer must be applied in the correct manner to ensure that the components are secured. To ensure that the solder layer is properly applied, the PCB must have a flat surface. To fill different-sized holes, the solder paste must be applied selectively. A common technique for this purpose is solder paste printing.

When designing the PCB, a stencil is created so that the solder paste can be applied accurately. These stencils are often laser-cut and are made from a variety of materials. The stencils can be made from Mylar, stainless steel, or polyimide.

ステンシルの使用

Using a stencil to assemble traces on a circuit board is an important component of the PCB assembly process. It can help ensure that the traces are exactly aligned. The stencil can also help ensure that solder paste is applied in the right location. To use a stencil, you need to prepare the PCB surface in advance.

There are various stencil sizes and shapes available, and choosing the correct stencil is essential in ensuring a successful solder joint. The stencil size and thickness must be selected according to the layout of the components. In addition, the stencil’s aperture size plays a crucial role in determining the amount of solder paste that is transferred. Using too little or too much solder paste can result in bridging and weak joints, which can affect the functionality of the final printed circuit board.

プロジェクトに適したPCBボードを選ぶには？

プロジェクトのためにPCBボードを購入する前に、あなたのニーズを正確に知ることが不可欠です。材料、トレース幅、部品間隔など、考慮すべき要素がいくつかあります。PCB材料は、ボードの強度と耐久性を決定します。また、コストにも影響します。PCBメーカーによって、PCBの仕様は異なります。PCBを購入する前にお客様のニーズを確認することが重要です。そうすることで、メーカーはお客様のプロジェクトに適したPCBオプションを提案することができます。

より安価なPCB

予算が限られている場合、プロジェクト用に安価なPCBボードを選択したいかもしれません。これを行うには多くの異なる方法があります。特別オファーとバリュー価格を利用することで、銀行を壊すことなく、必要なPCBを得ることができます。さらに、1日から3週間までの様々なリードタイムで入手することができます。

PCBにはさまざまなサイズと形がある。平らで、部品をはんだ付けするための大きな穴が開いているものもあれば、小さなパッドしかないものもある。これらのはんだパッドは、電子部品を基板に接続する場所です。はんだパッドには、スルーホールと表面実装の2種類があります。スルーホールの部品はワイヤーを通すが、表面実装の部品はピンがあり、溶けたはんだで基板に接続する。

より安価なPCB基板をお探しなら、ビアインパッドや埋設ビアを検討されるとよいでしょう。これらは、通常0.15mm以下の非常に小さな穴です。しかし、これらのビアは、レーザー穴あけなどの追加加工が必要で、基板のコストに上乗せされます。

多層PCB

多層プリント回路基板を設計する際には、シグナル・インテグリティとパワー・インテグリティを確保するために一定の注意を払う必要があります。これには、層間を接続するために使用される銅トレースの厚みを制御することが含まれ、これは電流の品質に影響します。また、非対称の設計や異なる厚さの設計は、ねじれや反りの原因となるため、避けるよう注意する必要があります。積層は、多層PCB設計の中心的な焦点であり、製造と展開の要件によって導かれるべきです。

多層PCB製造では、高温高圧下で導電性材料の層を組み合わせる。層は樹脂またはエポキシガラスやテフロンなどのエキゾチックセラミックスで接着される。その後、コア層とプリプレグ層を高温・高圧で接着し、基板全体を冷却して強固な基板を作ります。

両面プリント基板

電子回路を設計する場合、両面PCBは電流のソーシングとシンクの両方に有利であることがわかります。両面PCBは上層と下層で構成され、下層はアース銅を流します。このような回路基板は設計が容易で、柔軟性もあります。

PCBを切断するには、少なくとも0.30mm標準または0.20mm上級の直径を持つ機械ドリルを使用する。次のステップは、表面仕上げの選択です。無電解金めっき（ENIG）、無電解銀めっき（IAg）、無電解錫めっき（ISn）など、多くの選択肢があります。それぞれ保護の度合いが異なり、ENIGが最も高価です。無電解スズは最も安価な仕上げです。

両面PCBは片面PCBよりも組み立てが難しい。しかし、耐久性も高く、密度も高くなります。これは、PCBの両面に銅層が積層されるためで、片面ずつではありません。この層はソルダーマスクで覆われます。

暑さに関する問題

プロジェクトに適したPCBボードを選ぶ際には、熱に関する問題を考慮することが重要です。大電力の部品を使用する場合は、基板の中央付近に配置する必要があります。端の近くに配置された部品は熱を蓄積し、四方八方に散らしてしまいます。基板の中央は表面温度が低く、熱を放散しやすい。さらに、部品が基板全体に均等に配置されていることを確認してください。

PCBの耐熱性には、使用されている材料の種類を含め、多くの要因があります。最良のPCBは、良好な熱特性を示し、高温に対して信頼できる材料から作られています。しかし、材料によっては高温に耐えられないものもあります。材料の耐熱性はガラス転移温度で判断できる。例えば、FR-4のガラス転移温度は135℃である。

PCBボード上で適切な部品間隔を選択するのは難しいことです。部品同士が近すぎると、表皮効果やクロストークを引き起こす可能性があります。これらの問題は、プロジェクトに多くの熱を加える可能性があります。これは特に高速回路で問題となります。これらの問題を軽減するために、PCBにヒートパイプを追加することができます。ヒートパイプは熱を分散させ、部品へのダメージを防ぎます。

回路基板を自作する方法

プロジェクトの回路基板を設計するには、いくつかの方法があります。EasyEDAやAltium Designerのようなコンピュータ・プログラムを使うことができます。もう一つの選択肢は、ソルダーレス・ブレッドボードを使うことです。しかし、これらはより複雑です。これらの方法に慣れていない場合は、電子機器技術者や友人に助けを求めることができます。

イージーイーディーエー

EasyEDAは回路基板を作成するためのソフトウェアプログラムです。このプログラムは使いやすく、様々な便利な機能を備えています。その描画ツールには、テキストエディタ、プリミティブグラフィックフォーム、ドラッグアンドドロップツールが含まれます。また、基準点とドキュメント・サイズ・エディターもあります。マウスを使って要素を移動、ズーム、整列することもできます。

EasyEDAには、20万点以上の部品が在庫されているライブラリがあります。ライブラリから特定の要素を検索することもできます。回路図をより正確にするために、LCSCデータベースを使用することができます。在庫情報、価格、注文状況もEasyEDAで参照できます。

Windows、Mac、Linuxなど多くのプラットフォームに対応している。オンラインエディターも利用できる。また、デザインをクラウドに保存し、他の人と簡単に共有することができます。EasyEDAへの完成デザインの発注も簡単で、同社のスタッフと最新鋭の設備により、数分でプロジェクトを発注することができます。

EasyEDAは回路設計とシミュレーションを可能にする無料のPCB設計ソフトウェアパッケージです。このプログラムにはリアルタイムのチームコラボレーション機能があり、あらゆるブラウザをサポートします。また、PCB製作サービスも統合されています。

アルティウムデザイナー

Altium Designerは設計プロセスを自動化するPCB設計ソフトウェアです。オーストラリアのソフトウェア会社Altium Limitedによって開発されました。エンジニアがさまざまなアプリケーション用の回路基板を作成するのに役立ちます。主な機能は次のとおりです：- 複数のレイアウトオプションと、複数のレイアウトを同時に作成する機能。

Altium Designerには、回路図とレイアウトをPCBデザインに変換するルール駆動型のデザインエンジンが含まれています。この機能により、設計者はプロセス全体を通して生産性を維持できます。例えば、Altium Designerは回路図とレイアウトがデザインルールにマッチしているかチェックします。設計ルールが一致する限り、ソフトウェアはミスを回避し、設計者は短時間でプロジェクトを完了することができます。

Altium Designerの使いやすい回路図エディタにより、複雑なマルチシート設計を簡単に作成できます。階層設計ブロックをサポートし、SmartPDF出力に対応しています。また、強力なトポロジカル配線エンジンであるSitusと呼ばれるトポロジカルオートルーターが内蔵されており、設計ルールと連動して回路基板を自動的に作成します。その他の機能として、インタラクティブ配線やBGAファンアウトがあります。

Altium Designerの直感的でインタラクティブなインターフェースは、複雑で高度な回路基板に最適です。高度な3D機能により、多層回路基板の作成が可能です。このソフトウェアには、アルティウムのアクティブサプライチェーン管理も含まれており、部品の詳細をライブで提供します。

ハンダレスブレッドボード

ソルダーレス・ブレッドボード製品は、電子回路の実験に便利なツールです。従来のはんだ接続の代わりに、これらのボードには、電気絶縁材料の2枚のシートの間に配置されたU字型の金属接点が備わっている。接点はバネの張力で固定されています。このタイプの相互接続は実験には理想的だが、高速回路には適していない。また、信頼性も低い。複雑な回路には対応できない。

ソルダーレス・ブレッドボードの主な問題点は、表面実装技術を使用する部品に対応できないことである。さらに、コネクターが2列以上ある部品にも対応できない。これらの問題を回避するために、ブレークアウト・アダプターが使用される。これらの小型プリント基板は、1つまたは複数の部品を搭載し、0.1インチ間隔のオスコネクターピンを備えている。

ソルダーレス・ブレッドボードは、回路の組み立てや機能テストに使用される。ホビイストやエンジニアによく使われている。部品の取り外しや交換が簡単にできるため、ソルダーレス・ブレッドボードは電子機器のプロトタイピングに最適です。

ソルダーレス・ブレッドボードにはさまざまな色がある。最も一般的なのは、白とオフホワイトです。しかし、人目を引くカラフルなボードをお探しなら、鮮やかな半透明のABS樹脂を選ぶことができます。

PCBボードの正しい取り扱い方

PCB基板の適切な扱い方を学ぶことは、多くの理由から重要である。安全上の注意、材料、検査などです。これらの作業を正しく行うことで、製品の安全性が確保され、回路が設計通りに動作するようになります。ここでは、PCBを取り扱う際に留意すべきいくつかのヒントを紹介します。

安全上の注意

PCB基板を取り扱う際の安全対策は、部品や基板全体の損傷を防ぐために不可欠です。不適切な取り扱い方をすると、基板が破損して使用できなくなることがあります。この問題を防ぐには、PCBを湿気から保護することが不可欠です。これを行う一つの方法は、基板を焼くことである。

プリント基板を取り扱う際、ESD損傷は大きな懸念事項です。わずかな静電気放電でも部品に損傷を与え、わずかな衝撃でも内部回路に深刻な損傷を与える可能性があります。PCBの損傷を避ける最善の方法は、両手で扱うことです。こうすることで、基板を傷つけたり、曲げたりする可能性を最小限に抑えることができます。

PCBA開発は反復プロセスであり、最適な結果を得るためには適切な取り扱いが必要です。PCBAを誤った方法で扱うと、銅トレースが損傷し、最適な設計が達成できなくなる可能性があります。また、銅トレースは適切な表面仕上げを施すことで、酸化や損傷から保護する必要があります。

問題点

PCB基板の一般的な問題には、はんだブリッジがある。はんだブリッジとは、2本のトレースが近接しすぎて、銅と部品との接続が悪くなっている部分のことです。この問題を修正するために、PCBメーカーは製造工程を見直し、はんだ付けの際に使用するはんだの量を管理する必要があります。はんだは製造中に汚染されることがあり、交換が必要になることがあります。また、経年劣化、過熱、電圧降下などにより、トレース回路が非導電性になっている可能性もあります。もう一つの問題は、部品が基板から外れて再装着が必要になることです。

こうした問題の多くは、基板不良の根本原因に対処することで回避できる。多くの場合、根本原因は人為的ミスです。不十分なはんだ付け作業、基板のミスアライメント、その他の製造上の欠陥は、不良PCBにつながる可能性があります。ヒューマンエラーはPCB不良の約64%を占めています。その他の一般的な問題としては、性能の低い製造不良部品があります。

材料

PCBはさまざまな素材でできている。その中には銅とアルミニウムがある。銅が最も一般的です。銅クラッドPCBも一般的です。それぞれの材料は、独自の熱的、機械的、電気的特性を持っています。いくつかの材料は、他のものよりも特定のPCBタスクに適しています。

PCBに使用される材料は、PCBの用途とガラス転移温度（Tg）によって決まります。Tgは、水分や化学物質に対する材料の耐性を示す指標です。Tgが高いほど、より耐久性のあるPCBであることを示します。適切な性能を確保するために、Tgがアセンブリプロセスに適合していることを確認してください。

PTFEはテフロンとしても知られ、軽量で強度が高い。また、優れた熱的・電気的特性を持ち、優れた柔軟性を示す。さらに、PTFEは難燃性である。一方、FR-4は、織ガラス繊維布と難燃性エポキシ樹脂バインダーで作られたガラス強化エポキシ積層シートです。いくつかの利点から、PCB製造のための一般的な選択肢となっています。

検査

PCB基板の検査は、電子製品を製造する上で重要なプロセスである。基板に欠陥があるかどうかを判断し、故障モードを予測するのに役立ちます。また、PCB基板の検査は、歩留まり決定のための正確なデータを提供します。IPCには、ベア基板とアセンブリ基板の検査に関する規格があります。回路基板の種類によって必要な検査は異なります。例えば、クラス3のプリント基板は最も高い検査頻度を必要とします。

ほとんどのPCBメーカーは、PCB検査にAOI（自動光学検査）方式を採用しています。このタイプの検査では、カメラを使って基板を検査し、基準基板や理想的な設計仕様と比較します。このシステムにより、欠陥を早期に発見し、製造コストを最小限に抑えることができます。

修理

PCBボードを修理するプロセスには、さまざまな段階があります。最初のステップの一つは、故障の原因を特定することです。最も一般的な原因は、衝撃や圧力による物理的な損傷です。例えば、デバイスが高いところから落とされたり、他の物体にぶつかったりした可能性があります。別の原因としては、基板を直接損傷させた分解が考えられます。

損傷がスルーホールの場合、新しい部品をはんだ付けする前に、スルーホールを修復する必要があります。これを行うには、まず鋭利なナイフでスルーホールのゴミを取り除きます。次に、消毒用アルコールで洗浄する。その後、ペーパークリップを使ってスルーホールを広げ、部品のリードに合わせます。その後、新しい部品を穴に挿入し、基板にはんだ付けする。

大型コンデンサと小型コンデンサの選び方

電子機器に電力を供給する場合、コンデンサを選ぶ際に留意すべき点がいくつかある。キャパシタンスやインピーダンスなど、考慮すべき要素がいくつかあります。この記事では、大きなコンデンサと小さなコンデンサのインピーダンスについて説明します。これらの要素を理解すれば、電気プロジェクトに最適な決定を下すことができます。また、予算を念頭に置くこともお忘れなく。

インピーダンス

コンデンサを選ぶ際に考慮すべき要素はいくつもある。最初のステップは、特定のニーズに合ったコンデンサを選ぶことです。オーディオレコーディングにコンデンサを使いた い場合は、そのインピーダンスを考慮する必要があ る。さらに、アプリケーションの要件とコンデンサの仕様も考慮する必要があります。

コンデンサはESRによって分類される。通常、電解コンデンサのESRは0.1～5Ωである。スルーホールコンデンサはESRが低いため、ループインダクタンスが低い状態で実装できる。また、これらの小型コンデンサは、高周波でのインピーダンスも低くなります。

キャパシタンス

アプリケーションに適したコンデンサを選ぶには、プロジェクトの具体的なニーズと予算によります。コンデンサの価格は、数セントから数百ドルまで幅があります。必要なコンデンサの数は、回路の周波数と瞬時電流に依存します。大きなコンデンサは低い周波数で動作し、小さなコンデンサは高い周波数で動作します。

セラミック・コンデンサもコンデンサの一種である。これらのコンデンサは通常無極性で、静電容量値を識別するための3桁のコードを持っている。最初の2桁はコンデンサの値を示し、3桁目は静電容量に加えるゼロの数を示します。キャパシタでは、誘電体箔は電気化学的製造によって形成される酸化物の薄い層でできている。これにより、小さなスペースで非常に大きな静電容量を持つコンデンサが可能になる。

温度係数

温度係数とは、コンデンサの静電容量がある温度でどれだけ変化するかを表す数値である。ー温度係数はー単位はー百万分のー負の係数を持つコンデンサは、正の係数を持つコンデンサよりも高温で静電容量を失います。コンデンサの温度係数は、正または負の文字と数字で示され、色の付いたバンドで示されることもあります。

温度係数の高いコンデンサーは、出力電力が大きくなる。しかし、このルールには例外もある。特定の用途にコンデンサを選ぶ際には、その温度係数を考慮することが重要である。通常、コンデンサの本体には基準温度250℃の値が印刷されている。つまり、この温度を下回るアプリケーションでは、より高い温度係数を持つコンデンサが必要になります。

大きなコンデンサーのインピーダンスと小さなコンデンサーのインピーダンス

大容量コンデンサのインピーダンスは、小容量コンデンサよりもはるかに低い。これら2種類のコンデンサの違いは、電荷の蓄積速度と、完全な充電と放電にかかる時間の違いに由来する。大容量コンデンサは小容量コンデンサよりも充電に時間がかかり、急速充電はできません。コンデンサに電流が流れるのは、充電または放電されたときだけである。コンデンサが完全に充電または放電されると、コンデンサは開回路と同じように動作します。

コンデンサのインピーダンスを決定するためには、コンデンサが異なる周波数帯域でどのように振る舞うかを理解する必要がある。コンデンサは直列共振回路を形成するため、そのインピーダンスはV字型の周波数特性を持つ。コンデンサのインピーダンスは、共振周波数では低下するが、周波数が上昇するにつれて増加する。

コンデンサのサイズ

コンデンサのサイズは、電荷と電圧の比によって決まる。通常、単位はファラッドである。マイクロファラドはファラドの100万分の1である。静電容量もマイクロファラッドで測定される。1マイクロファラッドのコンデンサは、1,000uFのコンデンサと同じ電荷量を持つ。

キャパシタンスは、部品が蓄えることのできる電気エネルギーの量を示す尺度である。静電容量が大きいほど、その価値は大きくなる。一般的に、コンデンサは特定の電圧に対して定格されている。多くの場合、これらの仕様はコンデンサ自体に記されています。コンデンサが破損または故障した場合、同じ使用電圧を持つものと交換することが重要である。それが不可能な場合は、より高い電圧のコンデンサを使用することができる。ただし、このタイプのコンデンサは通常より大きい。

コンデンサーは様々な材料で作ることができる。空気は優れた絶縁体である。しかし、固体の材料は空気よりも導電性が低いことがある。例えばマイカは、誘電率が6から8の間である。マイカは、コンデンサの静電容量を増加させるために使用することもできる。