プリント基板とは何ですか?
プリント回路基板 (PCB) は、銅導体を使用してコンポーネント間の電気接続を確立し、コンポーネントに機械的サポートを提供する電子アセンブリです。 PCB は、導電線が印刷またはエッチングされた非導電性材料でできています。その後、電子コンポーネントが基板に実装され、トレースによってコンポーネントが接続されて動作回路が形成されます。
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PCBは、表面の銅箔導体層を基板ベースの絶縁材で絶縁することにより、あらかじめ設計されたルートに沿ってさまざまな部品に電流を流し、最終的に電力の生成、増幅、減衰、変調、復調などの機能を実現します。コーディング。
プリント基板がどのように機能するかを理解するには、その構成から始める必要があります。 PCBA ボード全体は、ベアボードと、マイクロチップ、抵抗、コンデンサ、コネクタなどのコンポーネントで構成されます。メーカーは、はんだ実装またはその他の技術によってコンポーネントを PCB に取り付けます。たとえば、片面 PCB、つまり電子コンポーネントとワイヤが基板の片面のみにある基板を考えてみましょう。通常、SMT アセンブリ技術または PCBA DIP アセンブリ技術によって非導電性基板にコンポーネントを実装し、トレースと呼ばれる小さな経路を介してコンポーネントを接続します。トレースにより、ボード全体の電気コンポーネントに通電することで、それらのコンポーネントが機能できるようになります。すべてのハードウェア デバイスが PCB に直接実装されているわけではなく、モニターやカメラなどのコンポーネントは、嵌合コネクタやフラット ケーブルを介して PCB に接続されています。
両面多層回路基板の動作原理は、プロセスガス (Ar、N2、O2 など) を高真空リンクに導入し、ガスがイオン化されてプラズマになります。電場の作用により、これらのプラズマはそれぞれ高電位と低電位に向かって移動します。低電位に向かって移動する原子団がターゲット（銅）に衝突し、銅原子が銅から剥離し、最終的に基板（FRP）、すなわち銅張積層板上に被覆されます。これは伝統的な物理的方法であり、汚染がなく、技術が成熟しているという利点があります。デメリットは効率が遅くサイクルが長いことです。 PCB製造プロセスを迅速に実現したい場合は、事前にエッチングパターンを敷設してから上記の方法でPCBを形成し、接続用の内穴に金属銅をメッキしてメタライズすることもできます。
プリント基板の利点
コンパクトなソリューション
プリント基板には、多数の部品や要素が含まれる場合があります。実際のワイヤではなく銅線のトラックを利用するため、通電ワイヤを使用しなくても同じ種類の結果が得られます。ボードは小さくなり、それほどかさばりません。これが、非常に多くの種類の電子機器が以前よりも小さくなっている理由の 1 つです。 PCB は、さまざまな方法でテクノロジーを前進させるのに役立ちました。非常に複雑な回路を非常に小さなパッケージに収めることが可能になりました。
時間とエネルギーの節約
プリント基板を使用する最大の利点の 1 つは、時間を節約できることです。従来、コンポーネントの接続には多くの時間がかかりましたが、回路基板の組み立ては、設計が完了するとはるかに短時間で完了します。多くの場合、プリント基板では設計段階に最も時間がかかりますが、作成に適切な種類のソフトウェアを使用すると、これさえも短縮できます。 AdvancedPCB は実際に、PCB Artist と呼ばれる無料のソフトウェアを顧客に提供しています。使いやすく直感的に使用でき、残りのプロセスに進む前にプリント基板を設計およびテストする比較的簡単な方法を提供します。
接続が緩んでいないこと
プリント基板の接続はコピー トラックを介して行われ、正しく製造されている限り、短絡や接続の緩みに対処する必要はありません。これを、基板が動くと緩む可能性がある実際のワイヤを使用する他の方法と比較してください。場合によっては、ワイヤー自体に接続の問題がある可能性があります。これらすべてを追跡し、実際の問題の原因を特定するのは困難な場合があります。プリント基板では、このような問題は存在しません。ボードに問題がある場合、診断と修復が簡単になる傾向があります。
信頼できるオプション
今日、非常に多くの企業や個人がプリント基板を利用しているのは偶然ではありません。これらは、大小を問わず幅広い用途や製品に対応できる信頼性の高いソリューションです。適切に作られていれば長持ちするため、使用している電子機器に対する人々の自信が高まります。これは、そのデバイスが電話、コンピュータ、または決して過酷な環境で使用される軍用機器であっても当てはまります。
低コスト
もちろん、さまざまな種類の電気製品を作成、製造する場合、コストは非常に重要です。幸いなことに、回路基板が設計され、適切に動作することを確認するためにテストされると、大量生産が非常に手頃な価格で行われます。ほとんどの場合、使用するコンポーネントの数が少なくなるため、ほとんどの企業にとってコストが手頃なレベルに削減されます。
プリント基板の種類
一般に、ボードはリジッド、フレックス、メタルコアの 3 つのカテゴリに分類できます。
多くの場合、設計者が遭遇する基板の大部分はリジッド ボードであり、基板のレイアウトは高熱と圧力による積層プロセスで作成されたリジッド基板内に含まれています。これらの基板の一般的な材料は FR-4 ですが、設計の特定のニーズに応じて、基板の特定の特性を強調したり改善したりするためにこれを変更できます。
フレキシブルボードは、より大きなたわみを可能にする、剛性の低い素材で構成されています。この素材は触感的にフィルムロールを彷彿とさせ、ボードの厚さは通常、標準的なリジッドボードよりもはるかに薄いです。すでに主要な用途が見られていますが、フレキシブル ボードがウェアラブル テクノロジーの次のステップを導き、リジッド ボード デバイスに固有の現在の平面上の制約を取り除くことが期待されています。
メタルコア PCB はリジッド ボード設計の派生のようなもので、ボード全体に熱を放散して敏感な回路を保護する能力が強化されています。このスタイルは、熱による磨耗や故障を防ぐため、大電流設計のオプションとなります。
制御された電磁気が存在する場所では常に、プリント基板がそれを維持するためのインフラストラクチャを形成します。もちろん、回路基板は何もないところから突然現れるわけではありません。その設計と製造は、それ自体が大規模なエンジニアリング事業です。
プリント基板設計のプロセス
プリント基板を構築する前に、設計を行う必要があります。これは、PCB 回路基板設計 CAD ツールを使用して実現されます。 PCB 設計は 2 つの主なカテゴリに分類されます。1 つは図で回路接続を作成する回路図キャプチャ、もう 1 つは実際の物理回路基板を設計する PCB レイアウトです。
ライブラリ CAD パーツの開発
最初のステップは、設計に必要なライブラリ CAD パーツを開発することです。これには、回路図シンボル、シミュレーション モデル、PCB レイアウトのフットプリント、3D プリント基板表示用のステップ モデルが含まれます。ライブラリの準備ができたら、次のステップは回路図上に回路の論理表現を作成することです。 CAD ツールを使用してシンボルを回路図シートに配置し、それらを接続して回路を形成します。
同時に、回路シミュレーションが実行され、設計が意図したとおりに電気的に動作するかどうかが検証されます。これらのタスクが完了すると、回路図ツールは接続データをレイアウト ツールに送信します。
レイアウト
PCB 設計のレイアウト側では、回路図の接続が受信され、2 つ以上のコンポーネント ピンを接続するネットとして処理されます。画面上に意図した基板形状のアウトラインが表示されたら、レイアウト設計者はコンポーネントのフットプリントを正しい位置に配置します。これらのコンポーネントが最適に編成されたら、次のステップはピンの間にトレースとプレーンを描画してネットをピンに接続することです。 CAD ツールには、あるネットのトレースが別のネットに接触するのを防ぎ、完全なデザインに必要な他の多くの幅やスペースを管理するデザイン ルールが組み込まれています。配線が完了すると、設計ツールを再度使用して製造図面と、メーカーが基板の構築に使用する出力ファイルを作成します。
回路基板の設計と製造は段階的なプロセスです。回路図の作成とシミュレーション、PCB 設計グリッドと DRC の設定、コンポーネントの配置、PCB 配線、電源プレーン、そして最後に BOM の組み立てと基板の構築です。
プリント基板の構造と用途
PCB の重要な性能特性の多くは、PCB 内の層の積層または配置で定義されます。積層構造は、導電性材料と絶縁材料の交互の層と、コアとプリプレグの交互の層 (積層構造で使用される 2 種類の誘電体) で構築されます。コアとプリプレグの誘電特性と機械特性は、設計における信頼性と信号/電力の整合性を決定するため、高信頼性アプリケーション向けに設計する場合は、慎重に選択する必要があります。たとえば、軍事および医療用途では、過酷な環境に導入される可能性がある信頼性の高い設計が必要です。また、通信システム用の PCB では、小型パッケージの低損失 PTFE ラミネートが必要になる場合があります。
PCB スタックアップの例を以下に示します。この例では、スタックアップは 2 つの内部プレーン層 (グランド用の L02_GND、電源用の L03_PWR) を備えた 4- 層構造を実装しています。このタイプのスタックアップは、IoT デバイス、軽量の組み込みシステム、および高速プロトコルを使用するその他の多くの設計に適しています。内部プレーンの配置により、電力の完全性が保証されると同時に、外部 EMI に対するシールドも提供されます。内部プレーン層は、制御されたインピーダンス信号に対して一貫した基準も提供します。このタイプのスタックアップは多くの設計で一般的であり、多くの場合、最新のプリント回路基板の開始点となります。
プリント基板の共通コンポーネント
プリント基板は、さまざまな PCB 材料と電気部品から作られています。一般的な PCB コンポーネントには次のものがあります。
抵抗器
抵抗器は電流を送って電圧を生成し、電力を熱として放散します。さまざまな素材があります。
コンデンサ
コンデンサの役割は、基板内に電荷を保持し、回路内の他の場所でより多くの電力が必要になったときに電荷を解放することです。コンデンサは通常、絶縁材料で分離された 2 つの導電層に反対の電荷を集めることで機能します。
インダクタ
これらはエネルギーを蓄積するという点でコンデンサに似ています。ただし、他の電子デバイスからの干渉など、PCB 内の信号をブロックするために使用されることがよくあります。
トランジスタ
トランジスタは増幅器です。ボード内の電子信号を切り替えたり制御したりするために使用されます。利用可能なトランジスタにはいくつかの異なるバージョンがありますが、最も一般的なのはバイポーラ トランジスタです。
トランスフォーマー
これらは、電圧の増加または減少によって、ある回路から別の回路に電気エネルギーを伝達するために使用されます。
ダイオード
ダイオードを使用すると、電流は一方向に流れますが、逆方向には流れません。そのため、電流が間違った方向に流れて基板やデバイスが損傷するのを防ぐためにダイオードが使用されます。ダイオードの最も一般的な形式は LED (発光ダイオードの略) です。
センサー
これらのデバイスは、環境条件の変化を検出し、その変化に対応する電気信号を生成するために使用されます。この信号は回路基板内の他のコンポーネントに送信されます。センサーは、光の動き、空気の質、音などの物理的要素を電気エネルギーに変換します。
一般的な PCB 層
PCB の各タイプには、その機能に寄与する異なる数の層が含まれています。ただし、どのタイプの PCB を選択しても、各基板には同じ重要な基盤が含まれています。これは、すべての PCB に次の 4 つの層が含まれていることを意味します。
基板層
これは通常、ボードに剛性を与えるグラスファイバーで作られています。基板層をエポキシで作成することもできますが、これにはグラスファイバーのような耐久性がありません。
銅層
名前から想像できるように、PCB の銅層は、熱を使用して基板にラミネートされた薄い銅箔の層から作られます。
PCB のさまざまな「層」について話すとき、それは何層の銅層で構成されているかについて話しています。たとえば、片面 PCB では、基板の片面に導電性材料の層が 1 つだけあります。このシナリオでは、ボードの反対側はさまざまな電子コンポーネントを組み込むために使用されます。一方、両面 PCB では、導電性銅とコンポーネントが基板の両面に実装されます。
銅層の厚さは、PCB が耐える必要がある電力の量によって決まります。より高いレベルの電力を処理する必要がある PCB では、より厚い銅のレベルが使用されます。
ソルダーマスク層
はんだマスク層は銅の上に配置され、ほとんどの PCB に緑色を与えます。この層は銅を絶縁し、銅が他の要素と接触しないようにします。
シルクスクリーン層
シルクスクリーン層は主に人間の利益のために追加されます。これには、ユーザーがさまざまなピンや LED の機能を理解しやすくするために、ボードに文字、数字、記号を追加することが含まれます。
私たちの工場
Sihui Fuji Electronics Technology Co., Ltd. 2009 年に設立され、14 年間にわたり長期信頼性の高い回路基板の生産に注力してきました。アレグロプルーフィング、大量生産、複数品名、多ロット、短納期の生産力を武器に、お客様のニーズに最大限お応えするワンストップ総合サービスを提供します。日本企業の品質管理の豊富な経験を持つ中国の電子回路基板メーカーです。仕事。
よくある質問
中国の大手プリント基板メーカーおよびサプライヤーの 1 つとして、当社の工場からバルクプリント基板を購入または卸売りして販売することを心から歓迎します。すべてのカスタマイズされた製品は高品質で競争力のある価格です。お見積りや無料サンプルについてはお問い合わせください。