プリント基板

沿革

プリント基板の起源は、1850年代に使われていた電気接続システムである。もともとは、木製の台座に取り付けられた大型の電気部品を金属片や棒で接続していた。その後、金属片はネジ端子に接続された電線に変わり、木の台は金属フレームに変わった。回路が複雑になり、部品点数が増えてくると、小型化が必要になってくる。トーマス・エジソンは、リネン紙に金属を使う方法を実験した。1913年、イギリスのアーサー・ベリーがプリント＆エッチング法の特許を取得した。1925年には、アメリカのチャールズ・デュカスが電気メッキを使った方法を開発した。電線のように電気を通すことができる特殊なインクをステンシル（板や紙に切り抜いた形状）に印刷して、絶縁された表面に直接電気の通り道を作ったのである。この方法は「プリント配線」あるいは「プリント回路」と呼ばれた。

1943年、イギリスで活動していたオーストリア人のポール・アイスラーが、電気を通さない硬いベースに銅箔を貼り付けて、その上に導電パターン（回路）をエッチングする方法で特許を取得した。アイスラーの技術は米軍に注目され、第二次世界大戦では近接信管などの新兵器に採用され始めた。アイスラーのアイデアが大いに役立つようになったのは、トランジスタが登場した1950年代のことである。それまでの真空管などの部品は非常に大きく、従来の実装方法や配線方法では対応できませんでした。しかし、トランジスタが登場すると、部品が非常に小さくなり、接続部分も小さくするためにプリント基板を使う必要が出てきた。

1961年、米国のHazeltine社は、メッキを施したスルーホール技術と、それを使った多層プリント基板の特許を取得した。これにより、部品を密接に配置した、より複雑な基板が可能になった。1970年代には集積回路チップが登場し、これらの部品はすぐにプリント基板の設計や製造技術に取り入れられました。現在のプリント基板は、用途によっては50層にも及ぶことがある。

表面実装技術は1960年代に開発され、1980年代後半に広く普及しました。

デザイン

プリント基板を設計する際の主な作業は、すべての部品をどこに配置するかを考えることです。通常、設計図や回路図があり、それをプリント基板にします。標準的なプリント基板というものはありません。それぞれの基板は、それぞれの用途に合わせて設計され、必要なスペースに合うように適切なサイズでなければならない。基板設計者は、コンピュータ支援設計ソフトウェアを使用して、回路設計を基板上にレイアウトします。電気経路の間のスペースは、0.04インチ（1.0mm）以下でなければならない。また、部品のリード線や接点を通す穴の位置も決められている。回路パターンが描かれた後、透明なプラスチックシートに正確な大きさでネガティブイメージが印刷される。ネガは、回路パターン以外の部分を黒く、回路パターンを透明にしたものである。その後、透明な部分の金属を、通常は薬品を使って取り除く。このデザインは、コンピューター制御のボール盤や、製造工程で使用される自動はんだペーストの指示書になります。

マニュファクチャリング

カードの外側には銅の層があります。不要な銅を取り除き、電子部品を接続するための銅線を残す。電子部品を基板上に配置し、線と接触させる。

フォトレジスト

回路基板はフォトリソグラフィーで作られることもある。フォトレジストと呼ばれる被膜が光に反応して、基板と被膜を現像液に浸します。この方法は、基板1枚あたりの価格は高いが、最初のセットアップは非常に安い。

シルクスクリーン

しかし、回路基板の作り方には違いがあります。プロが作る回路基板の中には、回路基板から余分な銅を取り除くために、別の方法を用いているものがある。シルクスクリーン印刷と呼ばれる方法である。シルクスクリーン印刷とは、枠の上に布をぴんと張って、その上に画像を印刷するものだ。そして、布に画像を印刷します。そして、布の上からインクを押し出します。インクは布に印刷された部分には行きません。布が通常は絹であることから、シルクスクリーンと呼ばれています。シルクスクリーンは、基板にレジストと呼ばれるインクを印刷するために使用されます。レジストとは、基板を作るときに使うエッチング液に抵抗するインクのこと。エッチング液は基板上の銅を溶かします。フォトレジストに比べて基板1枚あたりのコストは安いが、最初のうちは割高になる。

ミーリング

回路基板を作るもう一つの方法は、ミルを使うことです。ミルとは、多方向に動くドリルのことです。ドリルは、基板上を移動するたびに、少量の銅を取り除きます。ミルは、基板上の配線の周りの銅を取り除きます。そのため、基板上には余分な銅が残ります。他の方法では、この余分な銅を基板上に残さない。この方法は、1枚あたりの価格は安いが、製造するための装置が高価である。他の2つの方法の方が簡単なので、この方法はあまり使われません。