回路基板のトレースとは何ですか?

回路基板のトレースは、PCB基板の基板上に直接エッチングされます。パスウェイとも呼ばれ、配線に似ています。これらのトレースの基本的な目的は、PCB部品に信号や電力を伝送することです。例えば、リレー、抵抗器、端子、コンデンサケース、導体などです。では、PCBエンジニアはどのようにしてこの状況に対処するのでしょうか？彼らは、狭い幅の銅箔からPCBトレースを作成します。

興味深いのは、これらの配線が電子分野に変革をもたらしたということです。例えば、これらの配線は従来の配線方法を完全に排除します。今日では、メーカーは信頼性と標準化された経路のためにこれらを使用しています。

回路基板のトレースとは何ですか?

簡単に言うと、回路基板のトレースとは、一般的に回路基板上に見える細い金属線のことです。電気が流れる細い道のようなものだと考えてください。つまり、デバイスに電源を入れると、これらのトレースに沿って電気が流れます。その目的は、すべての部品を接続することです。

これらの配線は非常に重要です。なぜなら、これらがなければ電子機器は全く動作しないからです！重要なのは、煩雑な配線をなくし、デバイスを小型化して信頼性を高めることです。なぜ重要なのでしょうか？それは、私たちが使っているほぼすべてのガジェットに内蔵されているからです。

回路基板のトレース材料

PCB トレースの一般的な材料を確認してください。

● 銅（Cu）

● アルミニウム（Al）

● 銀（Ag）

● 金（Au）

● ニッケル（Ni）

銅（Cu）

PCBメーカーは、銅（Cu）を一般的な製造材料として採用しています。そのため、PCBでは、信号伝送用の細い経路の構築に銅が活用されています。銅には優れた特性があることをご存知ですか？導電性、経済的な価格、互換性など、銅は欠かせない選択肢となっています。

銅のユニークな特性と性能はエンジニアの助けとなり、生産性の高い電気機器の製造を可能にします。銅は耐久性、信頼性、そして取り扱い時の損傷に対する耐性から、最も多く使用されている素材の一つです。

 

プロパティ：

 

● 高い電気伝導性

● 熱伝導率

● 延性

● 経済的

● 錆びにくい

● 強度対重量比

● 信頼性

 

用途：

 

マイクロストリップ伝送線路

 銅トレースは、マイクロストリップ伝送線路における高周波信号を改善するために使用されます。銅トレースの幅と厚さは、自由にカスタマイズできます。

パワーアンプ

 メーカーは、電力を分配し、出力レベルを調整できるように、パワーアンプに銅トレースを採用しています。

高周波回路

銅配線は、レーダーや通信システムなどの高周波回路の性能を向上させます。優れた電気伝導性と低い制御抵抗を提供します。

無線周波数識別（RFID）

 メーカーは、無線周波数識別（RFID）に銅線トレースを取り付けます。これにより、無線でデータが送信されます。また、ストレージの目的にも使用されます。

MEMSデバイス

 これらのトレースはマイクロエレクトロメカニカルデバイスで使用され、機械要素と電子要素を1回のトリップで統合します。

ソーラーパネル

 太陽光パネルは屋外に設置されるため、腐食や厳しい環境条件に耐えられる材料特性が求められます。そのため、エンジニアは太陽光パネルのPCBに銅配線を挿入します。

シグナルインテグリティ

銅配線は電子機器に広く使用されています。これにより信号の整合性が向上し、電磁干渉（EMI）とクロストークが低減されます。

アルミニウム（Al）

ご存知の通り、アルミニウムは何十年も前から製造技術に使用されてきました。市場でも容易に入手可能です。この金属は優れた耐食性を備えています。アルミニウムPCBの配線は、メタルコアと呼ばれる製造プロセスを経て構築されます。

 

アルミニウム合金を回路基板の配線に使用することは、製品の軽量化にとって極めて重要です。アルミニウム合金の熱伝導性は、伝送動作中に発生する熱を放散するのに役立ちます。

プロパティ：

● 電気伝導性が低い

●優れた熱伝導性

● 軽量

● 腐食からの保護

● 耐久性

● 信頼性

用途：

極低温エレクトロニクス

 アルミニウム配線は超伝導配線として機能します。これにより信号供給が可能になります。そのため、極低温でも高電力供給を維持できます。そのためには低温が不可欠です。極低温電子機器製品は、量子コンピューティングや革新的な研究ツール、科学機器などです。

X線システム用透明PCB

 アルミニウムの痕跡には原子番号が含まれています。X線システムでは、X線減衰率が低いため、アルミニウムが利用されています。銅よりも放射線の吸収を巧みに抑えます。ユーザーが対象物をX線撮影すると、これらの痕跡は透明になり、鮮明な観察結果が得られます。

核ビーム応用

既に述べたように、アルミニウム合金は優れた熱伝導性を備えています。そのため、メーカーは高レベルの放射線を含む核ビームアプリケーションにアルミニウム合金を使用しています。アルミニウムのトレースは放熱を制御します。検出装置、核計測機器、粒子加速器の電子機器はこれらのトレースを使用しており、発熱を抑えるのに役立っています。

LED照明システム

 LED照明は動作中に熱を発生し続けます。この過剰な熱を逃がす要素が必要です。過熱を抑制するには、アルミニウム配線が最適です。

航空宇宙および自動車

 消費者は様々な産業システムでアルミニウム配線を利用しています。これらの配線は動作中の過熱を防ぎます。航空宇宙産業や自動車産業では、アルミニウム配線は車両、航空機、家庭用製品、そして民生用デバイスに使用されています。これらのデバイスには、アルミニウム配線がヒートシンクとして組み込まれています。

シルバー（Ag）

銀は金よりも安価です。高い熱伝導性と耐腐食性を備え、はんだ付け性を向上させます。メーカーは、この素材を用いて銅の表面品質を向上させています。また、基板アセンブリの配線上に保護層を形成します。

プロパティ：

● 熱を効果的に放散します。

● 最高の電気伝導性。

● 銅よりも酸化に強い。

● 高価

用途：

高周波回路基板

銀配線は優れた電流容量を有し、信号伝送をサポートします。これらの配線は高周波における信号の途切れを防止します。精密な信号伝送を必要とするRF回路や製品に使用されます。

医療機器

  銀配線はペースメーカーや診断装置に使用されています。その基本的な目的は何でしょうか？これらの配線は、機器の性能を向上させるためにPCBに挿入されます。これにより、繊細な機器から正確な情報を収集できるようになります。

軍事システム

銀は銅の経済的な代替品として広く利用されており、軍事システムに広く使用されています。海洋用途を過酷な環境から保護します。

家電

PCBasicのようなPCB企業は、安全で信頼性の高い電子機器の製造に重点を置いています。. 銀配線は、PCBへのはんだ付け層を厚くすることで、アプリケーションの寿命と耐久性を向上させます。

ゴールド（Au）

金は他の金属に比べて高価な素材です。しかし、金には様々な特性があります。この素材を用いることで、回路基板の耐久性の高い配線を作ることができます。耐腐食性、柔軟性、熱容量といった主要な特性に加え、配線間の強固な接合も実現します。また、生体適合性があり、溶解速度も速いため、メーカーはこの部品をリサイクルすることで、新たな歩留まりを生み出すことができます。

プロパティ：

● 優れた耐酸化性と耐腐食性

● 生体適合性

● 表面仕上げ

● 高価

● 柔軟性

●溶けやすい

● 良好なはんだ付け

● 鉛フリー

用途：

エッジコネクタとスイッチコンタクト

 PCBのエッジコネクタとスイッチ接点をコーティングするために金が使用されています。これにより、長期にわたって安定した接続が実現します。

マイクロエレクトロニクス

PCBでは、ICや半導体といったマイクロエレクトロニクスの貢献度が高いため、導電性を安定させるために金が選ばれています。

電子装置

 金メッキのコラムは、コンピューター、ウェアラブル機器、スマートフォンなどの電子機器に使用されており、二次回路を介してマザーボードに接続されています。

宇宙船と衛星

 宇宙船や衛星のアプリケーションでは、危険な気候に耐えるためにPCBに金配線が使用されています。これらの配線は、通信伝送システムと電力システムを効果的に制御します。

ニッケル（Ni）

ニッケルは、PCBの銅板に二重コーティングを施す際によく使用されます。第一層は銅板を錆や酸化から保護し、第二層は銅板の寿命を延ばします。また、ニッケルははんだ付け部分と銅板の間のバリアとしても機能します。

プロパティ：

● 強力な酸化耐性を備えています。

● 寿命を延ばす

● はんだ付け性

● 中程度の電気伝導性

● 硬度

用途：

ENIGメッキ

PCB上に無電解ニッケル浸漬金めっきが施され、酸化に対する保護層がさらに強化されます。

メッキスルーホール

 エンジニアはスルーホールにニッケルめっきを施します。これにより、多層PCBの機械的強度が向上します。

コネクタと接点

 PCBのコネクタと接点は、長期使用に耐えうる強固な接合が求められます。そのため、はんだ付けや部品へのハーネス接続にはニッケル素材が使用されています。

PCBトレース厚

PCBトレースの厚さは、トレースの幅と高さのことです。プロジェクトの設計に応じて決定できます。通常、回路基板のトレースの厚さは0.008インチから0.240インチの範囲です。PCBトレースの厚さを決定する際には、以下の要素を考慮してください。

● 標準厚さ

● トレース幅

● トレース終端

● トレースサイズ計算機

標準厚さ

シンプルな用途から産業用途まで、PCBトレースの標準的な厚さは0.5オンス/平方フィート（約2 oz/ft2）から2オンス/平方フィート（約6 oz/ft2）程度です。ただし、高電圧電源を使用する高負荷プロジェクトでは、XNUMXオンス/平方フィート（約XNUMX oz/ftXNUMX）以上の厚さが必要です。

トレース幅

トレース幅の決定は、通常、PCBの設計者によって決定され、指定されます。これは、信号伝送を担う細い銅導体の線を指します。

トレース終了

読者の皆様にもう一つ覚えておいていただきたいのは、トレースとパッドの接合部もトレース厚に影響を与えるということです。トレース幅は主にSOICフットプリントのパッド幅によって決まります。

トレースサイズ計算機

PCBメーカーは、配線サイズ計算ツールを活用して配線の厚さを計算しています。これにより、過熱や感電のリスクを回避するために適切な寸法を選択することができます。

PCBトレース幅と電流

PCBのトレース幅と電流の関係とは？簡単に言えば、PCBのトレース幅と電流の関係は伝送容量を示すと言えるでしょう。トレース厚は、低電流から高電流まで、電力の電圧に大きく影響します。したがって、PCBの信頼性を高めるには、適切なトレース幅を選択することが不可欠です。

電流に対するPCBトレース幅の計算:

● IPC-2221規格

● 考慮すべき要素

IPC-2221規格

IPC-2221は最も効果的なアプローチです。これは、メーカーがトレースの厚さの正確なサイズを決定するのに役立ちます。電流容量と温度上昇に関するいくつかの重要な側面を、計算式とグラフの形で示しています。下記のグラフをご覧ください。これは、外層と内層の電流容量に基づいて厚さのサイズを選択する方法を示しています。

 

電流（アンペア）	外部トレース幅（ミル）	内部トレース幅（ミル）	外部トレース幅（ミル）	内部トレース幅（ミル）
	（10℃上昇）	（10℃上昇）	（20℃上昇）	（20℃上昇）
0.5	6	12	4	7
1	12	24	7	14
2	20	40	12	24
3	30	60	20	40
5	50	100	30	60
10	100	200	60	120
15	150	300	100	200

 

ネジサイズを選ぶ際に押さえておきたい主なポイントは、次のXNUMXつです。

● 電流の流れ

● 許容温度上昇

● PCBレイヤー

回路基板のトレースを修復するには?

回路基板上の配線が断線した場合、自分で修理することができます。基本的なポイントは、電気が流れるための新しい経路を作ることです。まず、PCB修理を行う前に、損傷した箇所をきれいにしてください。汚れがあると修理剤がうまく付着しないからです。次に、導電性塗料、はんだ、または細いワイヤーを使って、断線した配線を再接続します。

 新しい接続が確実に、そして完全に接触していることを確認することが最も重要です。なぜそれが重要なのでしょうか？それは、修理が不十分だとすぐにまた故障してしまうからです。お分かりですか？回路基板のトレースを丁寧に修理すれば、基板全体を交換せずに済みます！

結論

回路基板のトレースは、回路基板の標準的な配線経路です。信号伝送をすべての要素に分配します。メーカーは、希望するトレースを構成するために、複数の材料から選択できます。これらのトレースは、シグナルインテグリティ（信号整合性）が求められる様々なアプリケーションで広く使用されています。トレースの厚さと幅は、その性能に直接影響します。したがって、機能的な品質を備えたPCBトレースを設計する際には、これらの点に特に留意する必要があります。