回路基板の機能は何ですか？

プリント回路基板（PCB）は、ほぼすべてのタイプの電子デバイスに見られます。 これらのプラスチックボードとその組み込みコンポーネントは、コンピューターや携帯電話からスマートウォッチまで、あらゆるものに基本的なテクノロジーを提供します。 PCBの回路接続により、ボード上の小型化されたコンポーネント間で電流を効率的にルーティングし、より大きなデバイスやかさばる配線を置き換えることができます。

設計されたアプリケーションに応じて、PCボードは、コンピューティング、通信、およびデータ転送に関連するさまざまなタスクを実行する場合があります。 それが実行するタスクとは別に、おそらく回路基板の最も重要な機能は、コンパクトなスペースにデバイスの電子機器を統合する方法を提供することです。 PCBを使用すると、コンポーネントを安全に絶縁しながら電源に正しく接続できます。 また、回路基板は、デジタル設計ツールで設計でき、工場の自動化を使用して大量に製造できるため、他のオプションよりも安価です。

最新の回路基板は通常、さまざまな材料の層で作られています。 さまざまな層は、ラミネーションプロセスによって融合されます。 多くのボードのベース材料はグラスファイバーで、剛性の高いコアを提供します。 次に、ボードの片面または両面に銅箔層があります。 次に、化学プロセスを使用して、導電性パスとなる銅トレースを定義します。 これらのトレースは、以前の電子機器アセンブリで使用されていたポイントツーポイントの構築方法で見られた厄介なワイヤラッピングの代わりになります。

A ソルダーマスク層 銅層を保護および絶縁するために回路基板に追加されます。 このプラスチック層はボードの両面を覆っており、多くの場合緑色です。 その後に シルクスクリーン層 ボードの組み立てに役立つ文字、数字、その他の識別子を使用します。 回路基板のコンポーネントは、はんだ付けを含むさまざまな方法で基板に取り付けることができます。 いくつかの取り付け方法は、として知られている小さな穴を利用します ビア 回路基板にドリルで穴を開けます。 それらの目的は、電気がボードの一方の側からもう一方の側に流れるようにすることです。

A 回路 電気が移動できる導電性材料のループです。 ループが閉じていると、電気はバッテリーなどの電源から導電性材料を通って途切れることなく流れ、電源に戻ることができます。 回路の設計は、電気が電位の尺度であるより高い電力電圧からより低い電圧に流れようとするという事実に基づいています。

すべての回路は、少なくとも4つの基本要素で構成されています。 最初の要素は エネルギー源 ACまたはDC電源用。 2番目の要素は、エネルギーが移動できるワイヤーなどの導電性材料です。 この導電経路は、 追跡 また 痕跡. 3番目の要素は ロード、タスクまたは操作を実行するために電力の一部を消費する少なくとも1つのコンポーネントで構成されます。 4番目の最後の要素は少なくとも1つです コントローラ また スイッチ 電力の流れを制御します。

回路の閉路に負荷を挿入すると、負荷は電流の流れを使用して、電力を必要とするアクションを実行できます。 たとえば、発光ダイオード（LED）コンポーネントは、それが挿入されている回路に電力が流れるときに点灯させることができます。 電力の過負荷により接続されたコンポーネントが損傷する可能性があるため、負荷はエネルギーを消費する必要があります。

回路基板上の最も重要なコンポーネントは次のとおりです。

• バッテリー：通常、回路内の2点間に電圧差を提供するデュアル端子デバイスを介して回路に電力を供給します
• コンデンサ：電荷をすばやく保持または解放できるバッテリーのようなコンポーネント
• ダイオード：回路基板を一方向に強制的に流すことにより、回路基板上の電気を制御します
• インダクタ：電流からのエネルギーを磁気エネルギーとして蓄えます
• IC（統合回路）：小型化された形で多くの回路やコンポーネントを含む可能性があり、通常は特定の機能を実行するチップ
• 導いた (光放出ダイオード）：視覚的なフィードバックを提供するために回路基板で使用される小さなライト
• 抵抗器：抵抗を与えることによって電流の流れを調整します
• スイッチ： 閉じているか開いているかに応じて、電流を遮断するか、電流を流します
• トランジスタ：電気信号で制御されるスイッチの一種

回路基板上の各コンポーネントは、PCB機能全体によって決定される特定のタスクまたは一連のタスクを実行します。 トランジスタやコンデンサなどの一部のコンポーネントは、電流で直接動作します。 これらは、集積回路と呼ばれるより複雑なコンポーネント内のビルディングブロックとして機能します。

PCBA（プリント回路基板アセンブリの頭字語）という用語は、基板に接続され、銅トレースに接続されたコンポーネントが完全に実装された回路基板を表すために使用されます。 プラグインアセンブリとも呼ばれます。 銅トレースはあるがコンポーネントがインストールされていないボードは、多くの場合、 ベアボード または プリント回路基板.

最新の回路基板の設計により、古いワイヤラップ基板よりも低コストで大量生産することができます。 専用のコンピュータソフトウェアを使用してボードの設計段階がレイアウトされた後、製造と組み立ては、ほとんどの場合、自動化されます。 PCBAは、品質保証テストが完了した後、完成して使用できる状態にあると見なされます。

NS 開回路 断線または接続不良のために閉じられていないものです。 開回路は電気を通すことができないため、機能しません。 開回路では電圧が利用できる場合がありますが、電圧が流れる方法はありません。 場合によっては、開回路が望まれます。 たとえば、ライトのオンとオフを切り替えるために使用されるスイッチは、ライトを電源に接続する回路を開閉します。

障害のある回路の別のタイプは、 短絡、これは、過剰な電力が回路内を移動し、導電性材料または電源を損傷した場合に発生する可能性があります。 短絡は、回路内の2つのポイントが想定外のときに接続することによって発生する可能性があります。 電源の2つの端子は、その間に負荷コンポーネントなしで接続され、 現在。 この方法で電源を短絡すると、危険であり、火災や爆発につながる可能性があります。

真空管と電気リレーは、初期のコンピューターの基本的な機能を実行していました。 集積回路の導入により、電子部品のサイズとコストの両方が削減されました。 すぐに、以前は部屋全体を占めていたデバイスのすべての配線を含む回路基板が開発されました。 これらの初期のボードは、メゾナイト、ベークライト、段ボールなどのさまざまな材料で作られ、コネクタは支柱に巻かれた真ちゅう製のワイヤーで構成されていました。

1940年代以降、銅線が真ちゅうに取って代わったとき、回路基板はより効率的で安価に製造できるようになりました。 銅配線の初期のボードは軍用無線機で使用され、1950年代までには民生用デバイスにも使用されていました。 すぐに、片側だけに配線が含まれていた片面基板が、現在広く使用されている両面および多層PCBに進化しました。

1970年代から1990年代にかけて、PCB設計はより複雑になりました。 同時に、ボードの物理的なサイズとコストの両方が縮小し続けました。 コンポーネントが取り付けられたボードの密度が高くなるにつれて、その作成を支援するためにコンピューター支援設計アプリケーション（CAD）が開発されました。 今日、デジタルPCBの設計には、無料で低コストのオプションから、設計、製造、テストに役立つ完全に機能する高価格のパッケージまで、さまざまなツールが利用できます。

現代の電子機器は、1950年代後半に導入された集積回路なしでは存在できませんでした。 ICは、特定の機能を実行するためにコンピュータチップ上に組み立てられたトランジスタ、抵抗器、ダイオードなどの回路とコンポーネントの小型化されたコレクションです。 1つのICチップには、数千または数百万ものコンポーネントが含まれる場合があります。 最も一般的なタイプの集積回路には、論理ゲート、タイマー、カウンター、およびシフトレジスタが含まれます。

低レベルのICに加えて、コンピューターまたは別のデバイスを制御する機能を備えた、より複雑なマイクロプロセッサーおよびマイクロコントローラーICもあります。 その他の複雑な集積回路には、携帯電話やその他の電子機器に見られる加速度計やジャイロスコープなどのデジタルセンサーが含まれます。 PCBの他の部品と同様に、集積回路のサイズは過去数十年にわたって着実に減少しています。

使用された初期の片面PCBへのコンポーネントの取り付け スルーホール技術、コンポーネントがボードの片側に取り付けられ、はんだを使用して反対側の導電性ワイヤトレースに穴を通して固定された場合。 それが導入されたとき、スルーホール技術はポイントツーポイント構造よりも進歩していましたが、穴は 取り付けのためにPCBにドリルで穴を開けると、特に多層パーセプトロンの導入後、いくつかの設計上の問題が発生しました。 ボード。 穴はすべてのレイヤーを通過する必要があるため、ボード上の利用可能な不動産の大部分が排除されました。

表面実装技術 （SMT）スルーホールによって引き起こされる問題の多くを解決しました。 数十年前に導入されていましたが、1990年代に広く使用されるようになりました。 コンポーネントは、リード線を介さずに回路基板に直接はんだ付けできる小さなパッドが取り付けられるように変更されました。 SMTにより、PCBメーカーはPCBの両側に多数のコンポーネントを高密度にパッケージ化することができました。 このタイプの取り付けは、自動化によって製造するのも簡単です。

SMTの取り付けは、回路基板の穴の必要性を排除しませんでした。 一部のPCB設計では、ビアを使用して、異なる層のコンポーネント間の相互接続を可能にしています。 ただし、これらの穴は、以前にコンポーネントの取り付けに使用されていた貫通穴ほど邪魔になりません。

最も複雑な電子デバイスには、多層PCBが含まれる場合があります。 これらのボードは、絶縁層と交互に配置された銅などの導電性材料の少なくとも3つの層で構成されています。 多層基板の一般的な構成には、4層、6層、8層、または10層が含まれます。 層間に空気が閉じ込められないように、すべての層を一緒にラミネートする必要があります。 このプロセスは通常、高温高圧下で行われます。

多層PCBの利点には、より小さなスペースでのより高密度のコンポーネントと回路が含まれます。 これらは、コンピューター、ファイルサーバー、GPSテクノロジー、ヘルスケアデバイス、衛星および航空宇宙システムに使用されます。 ただし、多層基板にはいくつかの欠点もあります。 それらは、片面および両面ボードよりも複雑で設計および製造が困難であるため、より高価になります。 また、ボードの内層で問題が発生した場合、修復が困難になる可能性があります。