PCBとは何ですか？
PCBは、銅でラミネートされた非導電性のプリント回路基板であり、すべての電気部品と電子部品が1つの共通の基板に接続され、基板のベースですべての部品を物理的にサポートします。PCBが開発されていない場合、その時点ですべてのコンポーネントがワイヤで接続されているため、回路が複雑になり、信頼性が低下します。このため、マザーボードのような非常に大きな回路を作成することはできません。PCBでは、すべてのコンポーネントはワイヤなしで接続され、すべてのコンポーネントは内部で接続されます、したがって、回路設計全体の複雑さが軽減されます。PCBは、コンポーネント間の電気と接続を提供するために使用され、それによって設計された方法で機能します。PCBは、ユーザーの要件に合わせて任意の仕様に合わせてカスタマイズできます。それは次のような多くの電子機器に見られます。テレビ、モバイル、デジタルカメラ、コンピュータのような部品; グラフィックカード、マザーボードなど。次のような多くの分野でも使用されています。医療機器、産業機械、自動車産業、照明など。
PCBの種類：
回路に使用できるPCBにはいくつかのタイプがあります。これらのタイプのPCBの中から、アプリケーションに応じて適切なタイプのPCBを選択する必要があります。
- 単層PCB
- 二層PCB
- 多層PCB
- フレキシブルPCB
- アルミ裏打ちPCB
- フレックスリジッドPCB
1）単層PCB：
単層PCBは、片面PCBとも呼ばれます。このタイプのPCBは、設計と製造が容易なため、シンプルで最も使用されているPCBです。このPCBの片面は、導電性材料の層でコーティングされています。銅は導電特性が非常に優れているため、一般的にPCBの導電材料として銅が使用されます。はんだマスクの層を使用してPCBを酸化から保護し、続いてシルクスクリーンを使用してPCB上のすべてのコンポーネントをマークします。このタイプのPCBでは、PCBの片側だけを使用して、抵抗、コンデンサ、インダクタなどのさまざまなタイプの電気または電子コンポーネントを接続します。これらのコンポーネントははんだ付けされています。これらのPCBは、電卓、ラジオ、プリンター、ソリッドステートドライブなどの低コストで大量生産のアプリケーションで使用されます。
2）2層PCB：
二重層PCBは、両面PCBとも呼ばれます。名前が示すように、このタイプのPCBでは、銅のような導電性材料の薄層がボードの上面と下面の両方に適用されます。PCBでは、ボードの異なる層に、異なる層の対応する位置に2つのパッドがあるビアで構成されます。これらは、図2bに示すように、ボードを貫通する穴によって電気的に接続されています。このタイプのPCBボードのより柔軟で、比較的低コストで、最も重要な利点は、回路をコンパクトにするサイズの縮小です。このタイプのPCBは、主に産業用制御、コンバーター、UPSシステム、HVACアプリケーション、電話、増幅器、および電力監視システムで使用されます。
3）多層PCB：
多層PCBには3つ以上の層があります。これは、このタイプのPCBには少なくとも3つの銅の導電層があることを意味します。ボードを固定するために、接着剤は断熱材の層の間に挟まれ、過剰な熱が回路のどのコンポーネントにも損傷を与えないようにします。このタイプのPCB設計は非常に複雑で、非常に狭いスペースとコンパクトな回路での非常に複雑で大規模な電気的タスクで使用されます。このタイプのPCBは、GPSテクノロジー、衛星システム、医療機器、ファイルサーバー、データストレージなどの大規模なアプリケーションで使用されます。
4）フレキシブルPCB：
フレキシブルPCBはフレックス回路としても知られています。このタイプのPCBは、ポリイミド、PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）、透明導電性ポリエステルフィルムなどの柔軟なプラスチック材料を使用していました。回路基板は通常、折りたたまれた状態またはねじれた状態で配置されます。これは非常に複雑なタイプのPCBであり、片面フレックス回路、両面フレックス回路、多面フレックス回路などのさまざまな層も含まれています。フレックス回路は、有機発光ダイオード、LCD製造、フレックス太陽電池、自動車産業、携帯電話、カメラ、ラップトップなどの複雑な電子機器で使用されています。
5）リジッドPCB：
リジッドPCBは、PCBがねじれないようにする固体材料で作られています。フレックスPCBと同じように、リジッドPCBも、単層、二重層、多層リジッドPCBなどの異なる層構成を持っています。このPCBの形状は、取り付け後に変更されません。このPCBはベースの形状に応じて曲げることができないため、このPCBはRIGIDPCBとして知られています。このタイプのPCBの寿命は非常に長いため、RAM、GPU、CPUなどのコンピューターの多くの部分で使用されます。設計がシンプルで、最も使用され、ほとんど製造されているPCBは、片面硬質PCBです。多層リジッドPCBは、9〜10層を含むことでよりコンパクトになります。
6）フレックスリジッドPCB：
フレキシブル回路とリジッド回路の組み合わせが最も重要なボードです。フレックスリジッドボードは、多数のリジッドPCB層に取り付けられたフレキシブルPCBの複数の層で構成されています。フレックスリジッドボードは図のようになります。携帯電話、デジタルカメラ、自動車などに使用されています。
取り付けシステムに応じたPCBの種類
- スルーホールPCB
- 表面実装PCB
1）スルーホールPCB：
このタイプのPCBでは、PCBにドリルを使用して穴を開ける必要があります。これらの穴では、コンポーネントのリードがPCBの反対側にあるパッドに取り付けられてはんだ付けされています。この技術は、電気部品へのより多くの機械的サポートと部品の取り付けのための非常に信頼性の高い技術を提供するため、最も有用ですが、PCBでの穴あけはより高価になります。単層PCBでは、この取り付け技術は簡単に実装できますが、2層および多層PCBの場合、穴を開けるのはより困難です。
2）表面実装PCB：
このタイプのPCBでは、コンポーネントのリードが非常に小さいか、ボードへの取り付けにリードが不要なため、コンポーネントのサイズが小さくなります。ここで、この技術では、SMDコンポーネントはボードの表面に直接取り付けられ、ボードに穴を開ける必要はありません。
PCBのさまざまな部分：
パッド：パッドは、コンポーネントのリードが取り付けられ、はんだ付けが行われる銅片に他なりません。パッドは、コンポーネントに機械的なサポートを提供します。
トレース： PCBでは、コンポーネントはワイヤーの助けを借りて接続されていません。すべてのコンポーネントは、銅などの導電性材料で接続されています。トレースと呼ばれるすべてのコンポーネントを接続するために使用されるPCBのこの銅部分。トレースは下図のようになります。
層：アプリケーション、コスト、および回路の利用可能なスペースに応じて、ユーザーはPCBの層を選択できます。構造が最もシンプルで、設計が簡単で、日常生活で最も役立つのは単層PCBです。ただし、非常に大規模で複雑な回路の場合は、単層PCBと比較して2層PCBまたは多層PCBが最も適しています。今日、多層PCBでは、10〜12層を接続できます。最も重要なことは、異なる層のコンポーネント間で通信することです。
シルクレイヤー：シルクレイヤーは、PCBの表面に線、テキスト、またはアートを印刷するために使用されます。通常、スクリーン印刷にはエポキシインクが使用されます。シルクスクリーンTOPおよびシルクスクリーンBOTTOMとして知られているユーザーの要件に応じて、PCBの最上層および/または最下層にシルク層を使用できます。
最上層と最下層： PCBの最上層では、すべてのコンポーネントがPCBのこの層にマウントされます。通常、この層は緑色です。PCBの最下層では、すべてのコンポーネントが穴を通してはんだ付けされ、コンポーネントのリードはPCBの最下層として知られています。時々、上層および/または下層で、PCBははんだマスクとして知られている緑色の層でコーティングされます。
はんだマスク：銅層の上に、はんだマスクと呼ばれる追加の層が1つあります。このレイヤーは通常緑色ですが、どの色でもかまいません。この絶縁層は、PCB上の他の導電性材料とパッドが偶発的に接触するのを防ぐために使用されます。
PCB材料：
主な要素は、剛性または柔軟性のある誘電体基板です。この誘電体基板は、銅などの導電性材料とともに使用されます。誘電体材料として、ガラスエポキシラミネートまたは複合材料が使用されます。
1）FR4：
FRはFIRERETARDENTの略です。すべてのタイプのPCB製造で、最も一般的なガラス合わせ材料はFR4です。織りガラスエポキシコンパウンドをベースにしたFR4は、非常に優れた機械的強度を提供するため、最も有用な複合材料です。
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FR4 |
ガラス転移温度 |
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標準 |
130 |
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ガラス転移温度が高い。 |
170-180 |
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ハロゲンフリー |
- |
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2）FR-1およびFR-2：
この材料は紙とフェノール化合物から作られ、この材料は単層PCBにのみ使用されます。FR1とFR2はどちらも同様の特性を持っていますが、唯一の違いはガラス転移温度です。FR1はFR2と比較してガラス転移温度が高くなっています。これらの材料は、標準、ハロゲンフリー、非疎水性にも細分化されています。
3）CEM-1：
これらの材料は、紙と2層のガラス織りエポキシおよびフェノール化合物から作られ、この材料は片面PCBにのみ使用されます。FR4の代わりにCEM-1を使用できますが、CEM1の価格はFR4よりも高くなっています。
4）CEM-3：
この材料は白色のガラスエポキシ化合物で、主に2層PCBで使用されます。CEM-3はFR4に比べて機械的強度は低くなりますが、FR4よりも安価です。したがって、これはFR4の優れた代替手段です。
5）ポリイミド：
この材料はフレキシブルPCBで使用されます。この素材は、カプトン、ロジャー、デュポンから作られています。この材料は、優れた電気的特性、信頼性、広い温度範囲、および高い耐薬品性を備えています。この材料の使用温度は-200℃から300℃です。
6）プリプレグ：
プリプレグとは、プリプレグを意味します。樹脂を含浸させたグラスファイバーです。これらの樹脂は事前に乾燥されているため、加熱すると流動し、付着し、完全に浸漬されます。プリプレグにはFR4と同様の強度を与える接着剤層があります。この材料には、樹脂含有量、SR-標準樹脂、MR-中樹脂、HR-高樹脂に応じて多くのバージョンがあります。これは、必要な厚さ、層構造、およびインピーダンスに応じて選択されます。この材料は、高いガラス転移温度とハロゲンフリーでも利用できます。
PCB設計ソフトウェア：
以下は、最も人気のあるPCB設計ソフトウェアの一部です。これらのPCB設計ソフトウェアについて詳しくは、こちらをご覧ください。
鷲：
EAGLEは、PCBを設計するための最も一般的で最も簡単な方法です。EAGLEはEasilyApplicable Graphical Layout Editorの略で、以前はCadSoft Computerによって開発され、現在はオートデスクがこのソフトウェアの開発者です。回路図を設計するために、EAGLEには回路図エディタがあります。EAGLEファイル拡張子は.SCHであり、さまざまなパーツとコンポーネントが.LBR拡張子で定義されています。ボードファイル拡張子は.BRDです。
マルチシム：
Multisimは、非常に強力で簡単な学習ソフトウェアでもあります。これは元々ElectronicsWorkbenchによって開発され、現在はNational Instruments（NI）の一部門です。これには、マイクロコントローラーシミュレーション（MultiMCU）とPCBレイアウトソフトウェアへの統合されたインポートエクスポート機能が含まれています。このソフトウェアは、学術および産業で回路教育に広く使用されています。
EasyEDA：
EasyEDAは、回路の設計とシミュレーションに使用されるソフトウェアです。このソフトウェアは、NgspiceとPCBレイアウトに基づいた、回路図キャプチャ、SPICE回路シミュレーションのための統合ツールです。このソフトウェアの最も重要な利点は、Webベースのソフトウェアであり、ブラウザウィンドウで使用されることです。したがって、このソフトウェアはOSから独立しています。
Altium Designer：
このソフトウェアは、オーストラリアのソフトウェア会社AltiumLimitedによって開発されました。このソフトウェアの主な機能は、回路図キャプチャ、3D PCB設計、FPGA開発、およびリリース/データ管理です。これは、PCBエディタから直接PCBの3D視覚化とクリアランスチェックを提供する最初のソフトウェアです。
KiCad：このソフトウェアはjean-pierrecharrasによって開発されました。このソフトウェアには、BoM（部品表）、アートワーク、PCBの3Dビュー、および回路で使用されるすべてのコンポーネントを作成できるツールがあります。このソフトウェアのライブラリには多くのコンポーネントがあり、ユーザーがカスタムコンポーネントを追加できる機能があります。このソフトウェアは多くの人間の言語をサポートしています。
CircuitMaker：このソフトウェアもAltiumによって開発されています。このソフトウェアの回路図エディタには、基本的なコンポーネントの配置が含まれており、このソフトウェアは、高度なマルチチャネルおよび階層回路図を設計するために使用されます。CircuitMakerアカウントが必要な場合は、すべての回路図がサーバーにアップロードされ、これらのファイルは誰でも表示できます。