基板関係

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プリント基板とは


プリント基板とは、

IC・抵抗・コンデンサなど多数の電子部品を基板の表面に搭載して

はんだ付けを行い、部品間をパターン配線で接続することで

電気・電子回路を構成するものです。

 

プリント基板とは、

部品がはんだ付けされていない状態の基板(PWB=printed wiring board)と

部品を基板に搭載し、はんだ付けを行い電子回路として動作する状態の

基板(PCB=printed circuit board)の総称です。

 

プリント基板の役割は、

電子部品同士の電気的な接続、部品の機械的な配置、固定をすることです。

 

電気的な接続の中には、

信号を伝える基板(信号伝送基板)と

電力(パワー)を送る基板(電力伝送基板)の2つの役割があります。

 

部品の機械的な固定に関しては

電子部品のはんだ付けや放熱対策としてヒートシンク固定や

筐体や勘合基板などへの機械的な接続などがあります。

 

プリント基板は電子機器に無くてはならないものですが、

プリント基板の設計、製造には基板の材料、特徴などの知識の他、

電気的な知識、機械的な知識など様々な分野の知識が必要です。

 





プリント基板の構造 | ノイズ対策.com

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プリント基板の構造


プリント基板の構造は、

導体材料と絶縁体材料で構成されていて単純な構造です。


現在使用されているプリント基板は

特殊なものを除いてリジット基板とフレキシブル基板の主に2種類です。


プリント基板の分類は、

プリント基板内の導体層の数によって分類します。

 


1.片面基板

絶縁板の片面のみに導体パターンを形成した基板です。

配線が交差するような複雑な回路を構成することは出来ませんが、

コストを低く抑えることが可能となります。


図1に片面基板の構造の図を示します。

 

片面基板.png


 図1:片面基板

 



2.両面基板

絶縁板の両面に導体パターンを形成した基板です。

両面の配線で立体交差が可能なため、

片面板に比べより密度の高い配線をすることができます。

両面の導体を接続する為にプリント基板の製造工程で

穴の中にメッキを行なって接続します。

図2に両面基板の構造の図を示します。

 

両面基板.png


 図2:両面基板



3.多層基板

絶縁板の外部と内部にパターンを形成した基板です。

図3に多層基板(4層板)の構造の図を示します。

 

4層基板.png

 

図3:多層基板(4層基板)





プリント基板の基材 | ノイズ対策.com

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プリント基板の基材


プリント基板の材料には、

下記のような種類があり品種ごとに特徴が違います。


ここでは一般的に使用されている基板の材料の種類と特徴をご紹介します。

 

基材の特徴2.jpg


話が変ってしまいますが、

プリント基板の基材を選ぶ時、FR-4をCEM-3に置き換えることでコストダウンを

ご検討するケースがあると思います。


確かに材料のランクをFR-4からCEM-3変更することで若干コストダウンは

出来ると思いますが、基板の層構成や銅箔厚の設定値によっては、

価格低減効果はあまり期待出来ない場合があります。



また、FR-5など、高価な材料をFR-4に置き換えればコストダウンを

図ることは可能ですが、材料を選ぶ時は汎用性の高い基材を選択するほうが

良いと思います。


最初から高性能/高価な材料を使ってしまうと、

後々、基材のランクを落とそうとする場合、

特性評価の試験がやり直しなどに繋がってしまう可能性があります。

 



プリント基板に必要な特性 | ノイズ対策.com

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プリント基板に必要な特性


プリント基板に要求される特性は下記のものがあります。

 

4.プリント基板に必要な特性.png

 

 

その他には上記特性以外にもユーザー独自に要求する特性や

長期的な信頼性などがあります。

 

また、非常に高い絶縁性を持つ絶縁材料でも

熱に弱く加工が困難な材料ではプリント基板を作ることが出来ないかもしれません。

 

電気特性を重視した誘電率、誘電損失が小さく、電送特性が非常に優れた

絶縁材料は数多くありますが、このような材料は

一般的に耐熱性が小さいものが多いようです。

 

プリント基板は上記の特性をバランス良く持っていることが重要です。

 



プリント基板の直流特性 | ノイズ対策.com

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プリント基板の直流特性

プリント基板の直流特性は、

特性の中では基本的なもので下記のような特性があります。

 


・導体抵抗


 導体の基本的な特性で信号線の抵抗値が小さいことが重要です。


 プリント基板の導体の材料は銅を使用することが一般的です。


 配線密度が大きくなると信号線の寸法は非常に小さくなります。


 微細配線になると、

 短い配線長でも導体抵抗が大きくなることがあります。


 また、

 高周波信号では、導体の表面の近いところを流れようとします。


 これを表皮効果といいます。


 高周波信号の場合は、導体の断面積より導体の周辺の距離が

 重要になります。

 


・絶縁抵抗

 

 プリント基板の絶縁性は絶縁材料の絶縁性能や

 プリント基板製造工程、外部からの汚染の影響で絶縁性は

 低下します。


 配線密度が大きくなると、導体間隔は狭くなっていきます。


 配線密度が大きいプリント基板は、

 スルーホールとスルーホールの間や配線と配線の間での絶縁も

 重要となってきます。

 

 

 

 



プリント基板の交流特性(特性インピーダンス) | ノイズ対策.com

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プリント基板の交流特性(特性インピーダンス)

プリント基板の信号線にはパルス信号が流れることもあるので

交流的な特性も重要となってきます。


情報量の増加、信号の高周波化などで、

この交流的な特性はより高度な値・特性が要求されることが

多くなってきました。


プリント基板上の電気信号は、

矩形波のパルス信号として流れるので交流的な注意が必要となります。


また、

パルス信号は正弦波の基本波と高調波の組み合わせで信号が作られます。


信号が高速・高周波になると導体配線でも抵抗やインダクタンスを持ち

配線間にはキャパシタンスと漏洩抵抗があります。


これらが特性インピーダンスとなります。


特性インピーダンスは、

回路の入力部、出力部でインピーダンスを整合させて、

信号が反射しないようにインピーダンスを整合します。


導体のパターン幅、導体のパターン間隔、基板の層間距離の変動が

特性インピーダンスを変化させます。


特性インピーダンスを整合させるプリント基板の構成は

マイクロストリップとストリップラインがあります。

 



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