回路基板を知るためのヒント

電気回路を見ると、さまざまな部品で構成されていることに気づくだろう。例えば、コンデンサーは回路基板に電荷を保持し、必要なときに電荷を放出するために使用される。一方、インダクタは磁場にエネルギーを蓄える。最後にダイオードがあり、これは電流が一方向にしか流れないようにし、間違った流れによる損傷を防ぎます。

一般的な回路基板の種類

一般的な回路基板には2種類ある：PCBとブレッドボードです。PCBはプロトタイピングの目的で使用され、部品を再利用することができます。しかし、PCBはパーフボードほど剛性が高くなく、完全ではありません。どちらのタイプも、製作に多くの時間と購入費用がかかります。ブレッドボードは、フルPCBにする前に回路をテストするのに最適な方法です。

回路基板の材料として最も一般的なのはFR-4である。この材料は優れた絶縁特性を持ち、アーク放電に耐えることができる。FR-4は、異なる電気的特性を持つ様々なグレードで利用可能です。通常、FR-4は130℃で評価されます。回路基板の別のタイプは、多くの場合、FR-4に積層されているアルミコアボードとして知られています。このタイプのPCBは、高レベルの冷却を必要とする電子回路に使用されます。

共通部品

回路基板を構成する最も一般的な部品は、抵抗器、コンデンサー、トランジスターである。これらのデバイスは電荷を蓄え、伝送すると同時に、電荷を熱として放散する。さまざまな材料で作られており、抵抗値によって色分けされている。一方、トランジスタは電気エネルギーを伝達し、回路基板の増幅器として使用される。バイポーラ型やラジアル型など、いくつかの種類がある。

回路基板に使われる主な材料は銅とFR-4である。銅張積層板は、銅がエッチングされていない板材の一種である。FR-4材料は、今日使用されている最も一般的なタイプです。銅張積層板は最近開発されたものです。回路基板の製造において、非均質性はますます重要になってきています。これらの違いは、回路基板の誘電率のばらつきにつながります。

一般的な用途

回路基板は、コンピューター・モニター、記録装置、テレビなど、多くの電子機器の製造において重要な役割を果たしている。また、ビデオゲームやDVDプレーヤーなどのエンターテインメント・システムにも組み込まれている。同様に、コーヒーメーカー、電子レンジ、目覚まし時計などの家電製品にも使用されている。このような一般的な用途に加え、PCBは高電力を必要とし、乱暴な取り扱いや過酷な化学薬品にさらされる機械など、産業環境でも使用されている。

PCBには、従来の有線回路に比べて多くの利点がある。軽量で、修理が容易で、複雑なシステムを構築・維持するためのコスト効率の高い方法である。その多用途性により、コンピューターから医療機器に至るまで、さまざまな分野でエレクトロニクスが大きく進歩しています。今日では、自動車でさえもPCBに依存しており、そのスムーズな動作を支えています。

一般的な材料

プリント回路基板にはさまざまな素材が使われている。例えば、FR4は一般的なラミネートである。この材料の特徴は、約135℃のガラス転移温度（GTT）と約3.8～4.6のCTEである。その他のラミネートには、高い電気強度を持つ高温材料であるポリイミドが使用されている。その他、高周波やマイクロ波用途向けに特別に配合された材料もある。

銅はPCBに使用される最も一般的な導電材料である。この材料は下地層に使用され、必要な剛性を持たせるために回路基板に塗布される。また、エポキシ樹脂も下地層に使用される。しかし、ファイバーグラスのような耐久性はありません。

一般的なプロセス

回路基板の組み立てでは、はんだ付け、エッチング、表面仕上げなどの工程が一般的である。表面仕上げは、基板を腐食から保護し、はんだ付け工程を助けます。表面仕上げの一例として、熱風はんだレベリングがあります。これは、基板にフラックスを塗布し、溶融はんだに浸します。その後、高圧の熱風を吹き付けて、基板の穴から余分なはんだを除去し、はんだの表面を滑らかにします。

銅めっきの最初のステップでは、硫酸銅と硫酸を含む銅めっき浴にパネルを入れます。薄い銅の層がパネルに析出します。この層を錫めっき浴で保護します。銅めっき層が硬化した後、錫めっき回路基板は錫めっき浴から取り出され、エッチング・バリアとして機能する。

よくある製造上の問題

銅めっきが不十分な場合、回路基板に欠陥が生じる可能性があります。銅メッキは電流が基板を通過するために重要です。不十分な銅メッキは、PCB設計ソフトウェアやPCB製造業者によって簡単に検出することができます。また、穴あけ後、気泡が入らないように穴を徹底的に掃除することも重要です。

PCB設計は、一般的な製造上の問題に対する最初の防御策です。優れたPCB設計を用いることで、静電気放電やはんだ付けエラーを防ぐことができます。製造エンジニアと設計者は、問題を予測し、それらの問題に対処する計画を作成するために、互いに通信する必要があります。単純なミスが高価な故障につながる可能性があるため、可能な限り最良の設計を得ることが極めて重要です。また、経験豊富な設計者を起用することで、発見されない可能性のあるミスを避けることができます。