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プリント基板とその応用分野の紹介

2021-07-06

プリント回路基板：
プリント回路基板（PCB）は、電子部品を溶接できる物理的なベースまたはプラットフォームです。銅トレースはこれらのコンポーネントを相互に接続し、PCBが設計どおりに機能できるようにします。

プリント回路基板は電子デバイスのコアであり、電子デバイスの用途に応じて、任意の形状とサイズにすることができます。 PCBの最も一般的な基板/基板材料はFR-4です。 FR-4ベースのPCBは多くの電子機器に一般的に見られ、その製造は一般的です。多層PCBと比較して、片面および両面PCBは製造が容易です。

FR-4 PCBは、ガラス繊維とエポキシ樹脂を積層銅クラッドと組み合わせて作られています。複雑な多層（最大12層）PCBの代表的な例としては、コンピューターグラフィックスカード、マザーボード、マイクロプロセッサーボード、FPGA、CPLD、ハードドライブ、RF LNA、衛星通信アンテナフィード、スイッチングモード電源、Androidフォンなどがあります。。ブラウン管テレビ、アナログオシロスコープ、電卓、コンピューターマウス、FMラジオ回路など、単純な単層および二重層PCBが使用される例も数多くあります。

PCBのアプリケーション：
1.医療機器：
今日の医学の進歩は、完全にエレクトロニクス産業の急速な成長によるものです。 pH計、心拍センサー、温度測定、ECG / EEGマシン、MRIマシン、X線、CTスキャン、血圧マシン、血糖値測定デバイス、インキュベーター、微生物デバイス、その他の多くのデバイスなどのほとんどの医療デバイスは、個別に基づいています。電子PCB。これらのPCBは通常コンパクトで、形状係数が小さくなっています。密度とは、小さいSMTコンポーネントが小さいPCBサイズに配置されることを意味します。これらの医療機器は、小型、ポータブル、軽量で操作が簡単に作られています。

2.産業機器。
PCBは、製造、工場、および差し迫った工場でも広く使用されています。これらの産業には、高出力で動作し、大電流を必要とする回路によって駆動される高出力の機械装置があります。これを行うには、PCBの上に銅の厚い層を押し付けます。これは、これらの高出力PCBの電流が100アンペアにもなる高度な電子PCBとは異なります。これは、アーク溶接、大型サーボモータードライバー、鉛蓄電池充電器、軍事産業、衣類用綿織機、およびその他の用途で特に重要です。

3.照明。
照明に関しては、世界はエネルギー効率の高いソリューションに向かっています。これらのハロゲン電球は今ではめったに見つかりませんが、今では周りにLEDライトと高輝度LEDがあります。これらの小さなLEDは高輝度の光を提供し、アルミニウム基板をベースにしたPCBに取り付けられています。アルミニウムには、熱を吸収して空気中に放散する性質があります。したがって、高出力のため、これらのアルミニウムPCBは、中高出力LED回路のLEDランプ回路で一般的に使用されています。

4.自動車および航空宇宙産業。
PCBのもう1つの用途は、自動車および航空宇宙産業です。ここでの共通の要因は、航空機または車の動きによって生成されるリバーブです。したがって、これらの強い力の振動に対応するために、PCBは柔軟になります。そのため、FlexPCBと呼ばれるPCBが使用されます。フレキシブルPCBは、高い振動に耐えることができ、軽量であるため、宇宙船の総重量を減らすことができます。これらの柔軟なPCBは、狭いスペースでも調整できます。これは、もう1つの大きな利点です。これらのフレキシブルPCBはコネクタ、インターフェイスとして機能し、パネルの後ろ、ダッシュボードの下などのコンパクトなスペースに組み立てることができます。リジッドPCBとフレキシブルPCBの組み合わせも使用されます。
PCBタイプ：

プリント回路基板（PCB）は、8つの主要なカテゴリに分類されます。彼らです

片面PCB：
片面PCBのコンポーネントは片側にのみ取り付けられ、反対側は銅線に使用されます。 RF-4基板の片面に薄い銅箔層を適用し、次にはんだマスクを適用して絶縁を提供します。最後に、スクリーン印刷を使用して、PCB上のC1、R1、およびその他のコンポーネントのマーキング情報を提供します。これらの単層PCBは、大規模な設計と製造が容易で、需要が高く、安価に購入できます。ジューサー/ブレンダー、充電ファン、電卓、小型バッテリー充電器、おもちゃ、テレビのリモコンなどの家庭用品で非常に一般的に使用されています。

ダブルPCB：
両面PCBは、ボードの両側の銅層PCBに適用されます。リード付きTHTエレメントが取り付けられているドリル穴。これらの穴は、銅レールを介して一方の部品をもう一方の部品に接続します。コンポーネントのリード線が穴を通過し、余分なリード線がカッターで切断され、リード線が穴に溶接されます。これはすべて手動で行われます。 2層のPCBを備えたSMTコンポーネントとTHTコンポーネントを使用することもできます。 SMTコンポーネントに穴は必要ありませんが、パッドはPCBに作成され、SMTコンポーネントはリフローはんだ付けによってPCBに固定されます。 SMTコンポーネントはPCB上のスペースをほとんど占有しないため、ボード上のより多くの空きスペースを使用して、より多くの機能を実現できます。両面PCBは、電源、アンプ、DCモータードライバー、計器回路などに使用されます。

多層PCB：
多層PCBは、誘電体絶縁層の間に挟まれた多層2層PCBでできており、ボードとコンポーネントが過熱によって損傷しないようにします。多層PCBは、4層から12層のPCBまで、さまざまな形状と層で利用できます。層が多いほど、回路は複雑になり、PCBレイアウト設計は複雑になります。
多層PCBには通常、個別の接地層、電力層、高速信号層、シグナルインテグリティの考慮事項、および熱管理があります。一般的なアプリケーションは、軍事要件、航空宇宙および航空宇宙電子機器、衛星通信、ナビゲーション電子機器、GPS追跡、レーダー、デジタル信号処理、および画像処理です。

リジッドPCB：
上記のすべてのPCBタイプは、リジッドPCBカテゴリに属します。リジッドPCBには、FR-4、ロジャース、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの固体基板があります。これらのボードは曲がったりねじれたりすることはありませんが、10年または20年まで何年もの間形を保つことができます。これが、多くの電子機器が剛性PCBの剛性、堅牢性、および剛性のために長寿命である理由です。コンピューターやラップトップ用のPCBは剛性があり、多くの家庭用TV、LCD、LEDTVは剛性のあるPCBでできています。上記の片面、両面、および多層PCBアプリケーションはすべて、リジッドPCBにも適用されます。

フレキシブルPCBまたはフレキシブルPCBは剛性ではありませんが、柔軟性があり、簡単に曲げることができます。それらは弾力性、高い耐熱性および優れた電気的性質を持っています。 Flex PCBの基板材料は、性能とコストに依存します。 Flex PCBの一般的な基板材料は、ポリアミド（PI）フィルム、ポリエステル（PET）フィルム、PEN、およびPTFEです。
Flex PCBの製造コストは、リジッドPCBだけではありません。それらは折りたたむか、角に巻き付けることができます。それらはそれらの堅い対応物より少ないスペースを取ります。それらは軽量ですが、引き裂き強度が非常に低くなっています。

リジッドPCBとフレキシブルPCBの組み合わせは、多くのスペースおよび重量に制約のあるアプリケーションで重要です。たとえば、カメラでは回路が複雑ですが、リジッドPCBとフレキシブルPCBを組み合わせると、部品点数が減り、PCBサイズが小さくなります。 2つのPCBの配線を1つのPCBに結合することもできます。一般的なアプリケーションは、デジタルカメラ、携帯電話、自動車、ラップトップ、および可動部品を備えたデバイスです。

高速PCB：
高速または高周波PCBは、1GHzを超える周波数での信号通信を伴うアプリケーションに使用されるPCBです。この場合、シグナルインテグリティの問題が発生します。 HF PCB基板の材料は、設計要件を満たすように慎重に選択する必要があります。
一般的に使用される材料は、ポリフェニレン（PPO）とポリテトラフルオロエチレンです。安定した誘電率と小さな誘電損失を持っています。それらはより少ない水を吸収しますが、より多くの費用がかかります。
他の多くの誘電体材料は、インピーダンスの変化を引き起こす可変誘電率を持っており、その結果、高調波信号とデジタル信号が歪み、シグナルインテグリティが失われます。

アルミニウムベースのPCBS基板材料には、効果的な熱放散の特性があります。熱抵抗が低いため、アルミニウムベースのPCB冷却は、銅ベースのPCB冷却よりも効率的です。空気中およびPCBのホットジャンクション領域に熱を放射します。

多くのLEDランプ回路、高輝度LEDはアルミニウムで裏打ちされたPCBから作られています。

アルミニウムは豊富な金属であり、採掘するのに安価であるため、PCBのコストは低くなります。アルミニウムはリサイクル可能で毒性がないため、環境にやさしい製品です。アルミニウムは頑丈で耐久性があるため、製造、輸送、組み立て中の損傷を軽減します
これらすべての機能により、アルミニウムベースのPCBは、モーターコントローラー、頑丈なバッテリー充電器、高輝度LEDライトなどの大電流アプリケーションに役立ちます。

結論：
近年、PCBは、高周波テフロンPCBなどのより複雑なシステムに適した単純な単層バージョンから進化しています。
PCBは現在、現代のテクノロジーと進化する科学のほぼすべての分野に浸透しています。微生物学、マイクロエレクトロニクス、ナノサイエンスおよびテクノロジー、航空宇宙産業、軍事、航空電子工学、ロボット工学、人工知能、およびその他の分野はすべて、さまざまな形式のプリント回路基板（PCB）ビルディングブロックに基づいています。

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