PCBボードの動作原理

電子機器がさまざまな機能を発揮できるのは、内部のPCBボードがさまざまな機能を備えているからです。私たちは普段、機器の中にあるプリント基板をPCBと呼んでいますが、実はこれは正しい呼び名ではありません。プリント基板そのものは機能せず、電子機器のキャリアとして機能し、PCBAボードは電子機器を機能させる本体なのです。

皆さんが使っているスマートフォンには、すっきりとした長い線が描かれています。このラインの主な機能は、携帯電話のハードウェアデバイスを1つの PCBAWi-Fi、アンテナ、GPS、指紋センサーなどを含む。以下のコンテンツでは、FS Technologyが携帯電話を例にして、次のことを説明します。 PCBの仕組み.

PCBAの基礎知識

PCBAの発展は非常に早い。 人類はPCBAが何であるかを知らず、プリント基板の動作原理を理解し、エレクトロニクス産業の中核となるまでに、わずか1世紀しかかからなかったのだ。 回路基板は、1936年にオーストリア人のポール・アイズナー(Paul Eisner)によって初めて発明された。その技術は、米国で知られるようになり、米軍の無線機器に使用されたことが発展のきっかけとなった。1948年には、PCBAの能力が世界中で認められ、商業用にも使われるようになった。1950年代半ばには、プリント配線板は人々の日常生活の中に当たり前のように存在するようになった。プリント配線板が電子機器製造業の主流となるにつれ、配線板の仕組みがますます注目されるようになった。

このような基板を見たことがあるかもしれません。緑色や他の色をしているかもしれません。一見シンプルな回路基板に見えますが、実は何百本もの銅線が何層にも重なった迷路のような構造になっています。PCBは、その表面に実装されたすべてのコンポーネントのサポートと効果的なブロッキングを提供し、ボード中央のラインはコンポーネント間の通信とコラボレーションのためのプラットフォームとなります。

PCB VS PCBA

非PCBA業界の実務担当者は、以下の概念を混同しがちです。 PCBとPCBA.実は、PCBはプリント基板の略称で、PCBAはプリント基板実装の略称である。両者には本質的な違いがある。通常、絶縁材料上に所定の設計に従って回路と印刷部品を組み合わせて形成した導電パターンをPCBと呼び、電子部品を取り付けた基板をPCBAと呼ぶ。

プリント基板のしくみ

プリント基板は、表面の銅箔の導電層を基板ベースの絶縁材で絶縁することで、あらかじめ設計された経路で各種部品に電流を流し、最終的に、電力を作る、増幅する、減衰する、変調する、復調する、符号化するなどの機能を実現するものである。 からの説明です。 PCBA政府ウェブサイト.業界外の実務担当者には理解しにくいかもしれません。FSテクノロジーは、全体の動作原理を分解していきます。 携帯電話PCBA をお見せします。

PCBAのトレースとコンポーネントの接続

プリント基板の仕組みを理解するには、まずその構成から始めなければなりません。PCBAボード全体は、ベアボードとマイクロチップ、抵抗、コンデンサー、コネクターなどの部品で構成されています。 メーカーは、はんだ付けなどの手法で部品をプリント基板に取り付けています。 例えば、片面プリント基板は、基板の片面だけに電子部品や配線が施されている基板です。 通常、非導電性の基板に部品を実装するのは SMTアセンブリ 技術か PCBA ディップアッセンブリー 技術で、トレースと呼ばれる小さな経路で接続されています。このトレースによって、基板全体の電気部品に通電して機能させる。 すべてのハードウェア機器がプリント基板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部品は、相手方のコネクターやフラットケーブルを介してプリント基板に取り付けられています。

両面および多層回路基板の動作原理は、高真空リンクにプロセスガス(Ar、N2、O2など)を導入し、ガスをプラズマに電離することである。電界の作用により、これらのプラズマはそれぞれ高電位、低電位に向かって移動する。低電位側に移動した原子団がターゲット(銅)に衝突することで、銅から銅原子が剥ぎ取られ、最終的に基板(FRP)、すなわち銅張積層板に覆われる。これは伝統的な物理的手法で、無公害で技術が成熟しているという長所がある。デメリットは、効率が悪く、サイクルが長いことです。 を手っ取り早く実現したいのであれば プリント基板製造工程また、接続用の内孔に金属銅をメッキしてメタライズすることも可能です。

下の写真は、FS Technology が X 線で撮影したプリント基板です。図中の暗い部分が電線やトレースで、その部分はガラス繊維を編んだ非導電性の絶縁材料とFR4エポキシ樹脂材料の接着剤でできています。このX線画像では、基板上に多数の電線が重なっていても、互いに接触していないことが分かります。

X線で撮影したプリント基板

下の写真は、携帯電話の回路基板の動作・機能の要となるマイクロチップで、略してシステムオンチップまたはSoCと呼ばれるものです。PCB上の格子状の接続点(ボールブルーアレイのパッド)に実装されているため、ハブはPCB内を走るワイヤーやトレースに接続されています。また、PCBA上には、メモリチップや無線チップなどの他のマイクロチップや、抵抗、コンデンサなどの部品が実装されたパッドが多数存在します。

PCBAに搭載されたSoC

次に、小さな電線に着目してみましょう。前述の通り、携帯電話の内部には多くの配線があり、その総延長はサッカー場1周分にもなります。下の画像では、SOCと16MPリアカメラをつなぐトレースが15本あることがわかりますが、トレースが多ければ多いほど、より多くのデータを送ることができることを意味します。よく見ると、これらのトレースは数が多いので、互いに独立していることがわかります。トレースを理解しやすくするため、下の図では1組の配線だけを示していますが、携帯電話のトレースは実際にはプリント回路基板の端に沿って配線され、フラットケーブルでタッチスクリーンディスプレイに接続されています。これらの小さな信号線はすべて、mオビレ PCBAボードを動作させる。PS:幅は1mm以下です。

15本のPCBトレースをきれいに配置

つまり、PCBは、各部品が数百本の配線を通してSoCなどのマイクロチップに接続することを可能にし、かなり精密に構成されているのです。

プリント基板の構成

このスマートフォン用プリント基板は、実際には10層の導電層で構成されており、その上下の層には PCBA部品 であり、複数のアンテナとして機能します。その機能を発揮させるために、すべての回路基板に電源プレーンとグランドプレーンが搭載されています。また、グランドプレーンには、電磁波シールドや放熱の機能もある。残りの4つの中間層は、すべての通信ラインや信号線を伝送するために使用されます。各導電層には、銅と絶縁性のグラスファイバー、エポキシ樹脂が含まれています。 このスマートフォン用PCBAは導電層が10層しかありませんが、他のアプリケーションでは2層から50層まで増やすことが可能です。FS Technologyでは、最大56層までの多層PCBAの製造が可能です。

10層導電層PCBA基板

さらに、PCBAの上部と下部には、電気絶縁の役割を果たす色付きのソルダーレジストがあり、その結果、部品のパッドが利用できるようになります。その上には、マーキング用のインクや部品の位置を示す文字などのシルクスクリーンが施されています。

カラーPCBAソルダーマスク

回路基板が正常に機能するためには、信号がそれぞれの導電性銅層とその間の絶縁材を通過する必要があります。このスマートフォンには、10層の導電性銅層と、各層の間の絶縁材があります。ある層から別の層へ、信号はどのように伝搬するのでしょうか?

プリント基板の各層は、ビアや垂直配線を介して信号をドリルやメタルメッキすることでこの機能を果たしています。このビアが各層の配線同士をつなぐことで、複数の部品が接続され、多層基板としての機能を実現する。 で実現できるビアの種類は3つ。 プリント基板製造 中国メーカーの技術

  • スルーホール:最上層から最下層に向かう穴
  • ブラインド・ビア。最上層または最下層と中間層を接続するブラインドビア
  • 埋設ビア:埋設ビアは内部層をつなぐが

PCBAにおける3種類のビア

この工程は何層にもわたるため、接続されていない導電層を横断する場合、その層のビア周辺の銅を除去する。 基板上部の実装用パッドをX線で見ると、3組の配線が異なる方向に走り、各層を貫通する穴が見えます。

この複雑な配線は、携帯電話の中央にあるプリント基板に存在するのですが、これがとてもすごいんです。スマートフォンは機種ごとに形状や仕様が異なるため、エンジニアは PCB設計ツール を使用して、さまざまなタイプのPCBAを設計することができます。例えば、携帯電話の中には、上下に分かれたPCB基板があり、大きい方をメイン基板、小さい方をドーター基板と呼びます。

携帯電話PCBA分解図

もうひとつの重要なディテールは、プリント基板が大さじ1杯分と軽くなり、携帯電話にすっぽり収まるようになったことです。エンジニアは、マイクロチップ、抵抗、コンデンサー、インダクター、コネクターなどをできるだけ小さくするために常に革新を続けており、ノミより小さい部品もあるほどです。

ノミより小さいPCBA部品

かつて、PCBAの基板設計では、基板面積や基板占有面積を大きくとる部品が使われていました。これらの部品の実装機構は、ピンが接続孔を通過するため、これらの古い設計はスルーホール部品と呼ばれる。しかし、ここでは、これらの部品は、SMTアセンブリ技術によって実装されたSMD部品である。

以上、FSテクノロジーによる「PCB基板の仕組み」をまとめてみました。この記事を読んで、PCBAについての理解が深まったと思いますので、自作に挑戦する場合は PCB名刺詳細な手順については、当社のブログ記事をご覧ください。

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