プリント基板（PCB）とは？#
プリント基板（PCB）は、電子部品を支え、部品同士を電気的につなぐための基板です。絶縁材料の表面や内部に銅の配線、パッド、導体プレーンを形成します。積層、めっき、ソルダーレジスト形成、シルク印刷などを経てベア基板を製造し、その後の実装工程で電子部品をはんだ付けします。
現在、プリント基板設計は電子産業の専門分野として確立しています。基板には、電気的な接続だけでなく、部品の固定や製品内部へのコンパクトな収納という役割もあります。単純な回路でも専用の設計ソフトを使い、構想から製造までを見据えて設計することが大切です。本記事では、PCBの基本、構造、種類、設計時に確認したい点を解説します。
プリント基板の発展#
プリント基板が普及する以前は、部品を一本ずつ電線で接続していました。しかし、多ピン部品や複雑な集積回路が登場すると、この方法では対応が難しくなりました。絶縁基材上の銅で接続を形成する方式が、電子機器の製造を大きく変えたのです。現在ではスマートフォンから医療機器まで幅広く使われ、高度なHDI基板では数千もの接続や複数の電気インターフェースを実現しています。
プリント基板の種類#
一般的な硬い基材を使う基板のほかにも、用途に応じたさまざまな種類のプリント基板があります。
片面基板：片側に部品を配置し、通常は反対側に銅配線とソルダーレジストを形成します。
両面基板：両面を配線層として使用し、部品も両面に実装できます。
多層基板：内部にも導体層を持ち、信号などを接続します。部品実装は片面にも両面にも対応できます。
リジッド基板：FR-4など、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させた硬い積層材を使用します。
リジッドフレキ基板：硬い基板部分を柔軟なポリイミド製の接続部分でつなぎ、可動部などに対応します。
フレキシブル基板：柔軟なポリイミドを主な基材とし、曲げが必要な用途に使用します。
メタルコア基板：コアに金属板を用い、剛性と放熱性を高めます。高出力照明や産業用途に適しています。
セラミック基板：高い熱伝導率を必要とし、部品から多くの熱を逃がしたい用途に使用します。
基板の構造と用途#
基板の性能や信頼性は、導体層と絶縁層、コア材、プリプレグなどで構成する層構成に大きく左右されます。特に防衛、医療、通信などの高信頼性用途では、要求される特性に適したコア材とプリプレグの選定が重要です。基板の製造についてはPCBPitにご相談ください。
回路図から完成基板まで#
PCBは単なる部品の台ではなく、設計された電気接続の構造体です。回路図で電気的な機能を定義し、レイアウトで配線、絶縁層、穴、レジスト、機械形状に具体化します。製造工程でベア基板を作り、実装工程で部品を取り付け、最後に検査と試験で結果を確認します。
- 配線を始める前に、層構成、材料、銅厚、仕上がり板厚を決めます。
- 選定した実装工程に適した部品のランドパターンを使います。
- 製造先が指定するクリアランス、アニュラリング、基板端の設計ルールを適用します。
- リターンパス、電源品質、熱の流れ、機械的制約を一緒に確認します。
- 製造・実装・試験データを検証し、同じリビジョンとして出図します。
よくあるご質問#
PCBとPCBAの違いは何ですか？
一般にPCBは部品を実装する前のプリント基板を指します。PCBAは電子部品を実装し、はんだ付けした状態の基板です。
プリント基板にはどのような材料を使いますか？
リジッド基板ではガラス繊維強化エポキシのFR-4が広く使われます。一方、フレキシブル、RF、メタルコア、セラミックの各基板は、それぞれ異なる要求に対応します。
基板には何層必要ですか？
必要な最小層数は、配線量、基準プレーン、電源、EMC、機械条件から決まります。層数を増やすと信号や電源の品質を確保しやすくなる場合がありますが、費用も増えます。