pc PCBまたはプリント基板とは何ですか。 使用方法

PCB 、または集積回路 基板という用語を聞いたことがありますか？ それが何かわからない場合は、この記事で説明します。 この記事を読むと、PCBに囲まれています。 あなたはあなたのPC、モニター、マウス、そしてあなたの携帯電話にいくつかを持っています。 すべての電子要素は、PCB 、または少なくともその「内臓」 を使用して構築されています。

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PCBの使用は、 電気ケーブルを使用せずに要素を接続する革新的な方法を提供したため、電子デバイスの進化における大きな一歩でした。 今日の世界はPCBの発明なしには同じではないので、それらが何であるか、そしてそれらがどのように作られるかを見てみましょう

PCBとは

PCBはPrinted Circuit Boardの頭字語ですが、PCのPCIスロットなどと混同しないように、英語の頭字語（ Printed Circuit Board ）を使用しています。

まあ、PCBは基本的には電子的および電気的コンポーネントがインストールされ 、それらの間に相互接続される物理的なサポートです。 これらのコンポーネントは、チップ、コンデンサ、ダイオード、抵抗、コネクタなどです。 内部のコンピューターを見ると、多数のコンポーネントが接着された複数のフラットボードがあり、それはマザーボードであり、PCBと前述のコンポーネントで構成されていることがわかります。

PCB上の各要素を接続するために、ケーブルのようにレール、導体を生成する一連の非常に薄い銅の導電性トラックを使用します。 最も単純な回路では、PCBの片側または両側に導電性トラックしかありませんが、より完全なものでは、電気トラックと、それらの多層に積層されたコンポーネントさえあります。

これらのトラックとコンポーネントの主なサポートは、セラミック材料、樹脂、プラスチック、その他の非導電性要素で強化されたガラス繊維の組み合わせです。 セルロイドや導電性ペイントトラックなどのコンポーネントは現在、 フレキシブルPCBの製造に使用されています 。

最初の集積回路基板は 、ラジオで使用するためにエンジニアのポールアイスラーによって1936年に手作業で構築されました。 そこから、プロセスは大規模製造用に自動化されました。最初は無線で、次にあらゆる種類のコンポーネントで行われました。

PCBの内部は何ですか？

プリント回路は、少なくとも最も複雑な一連の導電層で構成されています。 これらの各導電層は、基板と呼ばれる絶縁材料によって分離されています。 ビアと呼ばれる穴は、多層のトラックを接続するために使用されます。多層トラックは 、PCBを完全に通過するか、特定の深さまでしか通過できません。

基板はさまざまな組成のものでかまいませんが、常に非導電性材料でできているため、各電気トラックは独自の信号と電圧を伝達します。 現在最も広く使用されているのはPertinaxと呼ばれ、基本的に樹脂で覆われた紙で、取り扱いや加工が非常に簡単です。 しかし、高性能の機器では、難燃性の樹脂コーティングされたガラス繊維材料であるFR-4と呼ばれるコンパウンドが使用されます。

電子部品は、その拡張を最大限に活用するために、 ほとんどの場合、PCBの外部領域に配置 され、両側に取り付けられます。 電気トラックを作成する前に、PCBのさまざまな層は、基板と銅またはその他の導電性材料の非常に薄いシートによってのみ形成されます。これらは、プリンターと同様のマシンを介して作成され、かなりのプロセスを経て作成されます。長くて複雑。

PCB作成プロセス

私たちはすでにどのような集積回路基板が作られているかを知っていますが、それらがどのように作られているかを知ることは非常に興味深いでしょう。 さらに、これらのボードの1つを購入することで、基本的な集積回路を自分で作成できますが、プロセスは実際に使用されているものとはかなり異なります。

ソフトウェアを使用したPCB設計

すべては、PCBの設計、コンポーネントの接続に必要な電気トラックのトレース、コンポーネントに必要なすべての接続を生成するために必要なレイヤーの数のリストから始まります。

このプロセスは 、エンジニアリングのキャリアで広く使用されているTinyCADやDesignSpark PCB などのCAMコンピュータソフトウェアを使用して実行されます。 電気トラックが設計されているだけでなく、 さまざまなラベルも作成されて、インストールされているコンポーネントをリストし、各コネクタを識別します。

開発プロセスで必要なすべての手順が文書化されるため、プロジェクトが出荷されたときに製造業者は何をすべきかを正確に把握できます。

シルクスクリーンと写真のレイアウト

設計したら、プロジェクトを直接メーカーに渡し、 PCBの物理的な作成を開始します 。 次のプロセスはフォトトレーシングと呼ばれ、プリンタのようなマシン（フォトプロッタ）のレーザーが電子要素の接続マスクを使用してグラフをトレースします。

このために、約1000分の1インチの導電性金属の薄いシートが使用されます。 これらのマスクは、後で電子コンポーネントが接着される場所を決定するのに役立ちます。 より高度なプロセスでは、この金属で接続マスクを彫刻するプリンターを使用して、PCBで直接このプロセスを実行します。

内層印刷

次に行われるのは、特別なコンパウンドを使用した、さまざまな内部電気トラックのPCBへの印刷です。 これには、シートのネガティブトラックを「ペイント」して、 感光性またはドライフィルム材料で導電パターンを作成することが含まれます。 まあ、作成されたこのフィルムは、レーザーまたは紫外光にさらされて、余分な材料が除去され、最終的な回路のネガが作成されます 。

このプロセスは、PCBに導電性トラックのある内部層がある場合に実行されます。 さらに、 このプロセスはPCBの外層で繰り返され 、最終的な銅トラックを作成し、回路設計に従います。

検査と検証（AOI）

導電性トラックのさまざまな層が作成されると、機械はそれらがすべて正しく正しく機能していることを検査します 。 これは、元のデザインと実際のプリントを比較して自動的に行われ、ショートや壊れたトラックを検索します。

防錆フィルムとラミネート

導電性トラックが印刷された各シートは、各層の銅トラックの機能と耐久性を向上させるために酸化処理を受けます。

このプロセスのおかげで、特に敏感なPCB上の、またはコンピューターのコンポーネントのような多数のコンポーネントでの、異なる導電層およびトラックの層間剥離が回避されます。

次に行うことは、最終的なPCBを構築することです。このため、 各回路層は、 グラスファイバーシートとエポキシ樹脂、Pertinaxまたはその他の方法で接合されます。 これらはすべて油圧プレスによって完全に接着され、これが集積回路基板を得る方法です。

穴あけ

どのような場合でも、異なる銅層とトラックを接合できるように 、ドリルでPCBに一連の穴を開ける必要があります 。 また、電子要素やさまざまなコネクタや拡張スロットを保持できるように、完全なミシン目が必要です。

PCBの完全性を保つために、穴あけプロセスは非常に正確でなければなりません 。そのため、存在する最も硬い材料には炭化タングステンヘッドが使用されます。

金属穴

これらの穴が異なる内部トラックとの通信を確立するためには、必要な導電性を提供するために、 銅の薄膜を使用しためっきプロセスが必要になります。 これらのベニアは、4分の1から6千分の1インチになります。

これで、PCBの外面の銅トラックをトレースする準備が整いました。

屋外トラックフィルムおよび電気めっき

次に、外側の導電性トラックを作成します。これについては、内部トラックを作成する場合と同じ手順に従います。 最初に、最終回路のネガとしてドライフィルムを作成します。 次に、レーザーを使用して、銅が堆積される予定のスペースを作成して、導電性トラックを作成します。

そして、PCBは電気めっきプロセスを経ます。これは、乾燥フォイルのない領域に銅を接着し、PCBの電気トラックを形成することで構成されます。 PCBは銅浴に配置され、導電パターンに電解接合されて、0.001インチという小さいトラックを作成します。

次に 、銅の上に別のスズ層を追加して、SESプロセスまたは「 ストリップ-エッチング-ストリップ 」に進むときにこの化学的攻撃を保護します。

ストリップエッチストリップ

これは最後から2番目のステップであり、余分な銅は PCBから取り除かれ、余分な銅は スズに浸さなかったものになります。 この方法では、スズで保護された銅のみが残ります。

続いて、最終的にコンポーネントを接続して電気を運ぶものとなる銅のトラックのみを残すために、化学処理によってスズを取り除く必要があります。

これで、別のAOIプロセスは、すべてが正しいことを確認して、最終的にマスクと凡例を記録します。

はんだマスクと凡例

最後に、 ソルダーマスクが電子回路基板に適用されます。これにより、後でコンポーネントをトラックに正確にはんだ付けできるようになり、どこにでも配置できます。

次に、コンパウンドの凡例も印刷され ます。コネクタの名前、要素コードなど 、設計者がPCBに提供したかった情報です。 さらに、PCBの最終的な設計は、ゲームのマザーボードなどで見られるように、製造業者がそれを提供したいと思う色で行われます。

コンポーネントの溶接と最終テスト

PCBの準備が整い、高精度ロボットアームと対応するスロットを使用してコンポーネントのみが追加されます。 このようにして、ボードを電気的にテストする準備が整い、正しく動作することを確認します。

接続マスクを追加して、これらの要素を正しく溶接します。

結論と最後の言葉

まあこれはPCBとは何か、そしてそれらがどのように製造されるかについてすべてです プロセスが非常に複雑で多くのステップを必要とすることがわかるように、後で期待どおりに機能するように、精度を最大にする必要があることを覚えておく必要があります。

PCBは、非常に狭いスペースに膨大な数のコンポーネントを収容できるように、トラックがより薄くより密になり、より複雑になっています 。

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