PCBの種類：さまざまな種類の回路基板とその用途とは

スマートフォンがスマートになり、ノートパソコンが超高速になるのはなぜか、考えたことがありますか？ 実は、様々な種類のプリント基板が連携して、最終製品を生み出しているのです。現代のテクノロジーの世界では、プリント基板はまさに陰の立役者です！ 

PCB にはさまざまな色、形、サイズがありますが、PCB の種類を区別するものは層、設計、目的でもあります。 テクノロジーに詳しい方、エンジニア志望の方、あるいは単にガジェットの内部構造に興味がある方、ぜひこのガイドでPCBの奥深さを解き明かしましょう。さあ、始めましょう。このガイドでは、さまざまな種類の回路基板、それぞれの用途、そして仕組みについて解説します。

1. 単層PCB

単層プリント基板は、最も基本的なタイプのPCB設計です。その名の通り、単層基板は2層のみで構成され、XNUMXつの面があります。片面は導体、もう片面は部品配置用です。

単層 PCB には、樹脂、銅、ガラス繊維などのさまざまなタイプの PCB 材料が使用されています。

単層 PCB 設計には、次のような大きな利点があります。

• 1. 取り付けが簡単で、PCB アセンブリのコストを節約できます。
• 2. シンプルなデザインなので、企業が作成するのにかかる時間が短縮されます。
• 3. 効果的でテストも簡単。
• 4. ボードの機能に干渉する可能性のあるノイズが少ない。
• 5. サンプルのはんだ付けは簡単かつ迅速で、大量生産も迅速かつ安価です。

単層PCBは、設計、組み立て、そして部品が想定通りに動作することの確認が容易なため、様々な種類のPCBテストに最適です。単層PCBは、回路基板の試作やテストによく使用されますが、設計がアプリケーションのニーズに十分対応できるほどシンプルな場合は、量産されることも珍しくありません。

プロトタイプ作成やテスト目的以外では、この単一のボードを次のような用途に使用できます。

• 1. 監視カメラと個人用カメラ
• 2.LED照明
• 3. コーヒーメーカー、ラジオ機器、プリンターなどの消費財
• 4. 自動販売機、マルチメディアシステムなどの産業機械

低コストで迅速かつ簡単なタイプの PCB 製造のための迅速なソリューションが必要な場合は、単層 PCB ボードがニーズに適したソリューションになる可能性があります。

2. 二層PCB

二層PCB（両面PCB、デュアルレイヤーPCBとも呼ばれる）は、PCB設計の大量生産において人気の高い回路基板の種類です。二層PCBは、銅、絶縁材、その他の異なるPCB材料を挟んだ上下の両面で構成されています。

二層PCBは、低コスト、設計の容易さ、そして生産スピードから、ハードウェア愛好家の間で非常に人気のある選択肢です。二層構造は「ビア」と呼ばれるコネクタで構成されています。ビアは、ある層から別の層へ回路を接続・ブリッジする小さな穴です。片面PCBは片面のみで組み立てることができ、ビアや複雑な配線は必要ありません。ビアを使用することで、エンジニアは基板の片面をもう片面へ効率的にブリッジすることができ、最終的には複数のコンポーネントを単一の回路として接続することができます。

二重層は次のような用途でよく使用されます。

• 1. 産業用アプリケーションとコントローラ。
• 2. 電力監視機器および備品。
• 3. 電力コンバーター AC-DC または DC-DC。
• 4. 回路を開閉するためのリレーとブリッジ。
• 5. 無停電電源装置（UPS）システム
• 6. その他の種類の PCB アプリケーション …

経験豊富なハードウェアエンジニア/設計者であれば、ほとんどの場合、二層PCBで十分でしょう。全く新しいPCBプロジェクトを設計する場合、二層PCBは最良の選択肢とみなされることがよくあります。

3. 多層PCB

多層PCBとは、2層以上のPCBを指します。複雑な設計では、多くの プラグされたビア 情報伝達と配線が複雑に絡み合い、多層PCB設計が実現します。多層PCBは、4枚のPCBに16層から最大XNUMX層まで積層できます。

銅板の間に 2 つの導電層のみが組み込まれた両面 PCB や単層 PCB などの他の設計とは異なり、多層 PCB (XNUMX 層を超える PCB) には、PCB 材料の中央に XNUMX 層以上の導電材料が挟まれています。

考慮すべき点の 1 つは、さまざまな種類の PCB の層数と密度が高くなるほど、設計が複雑になり、PCB の設計、製造、テストに多くのリソースと時間が必要になることです。

多層PCBとは何かご理解いただけたかと思います。次はそのメリットについて見ていきましょう。多層PCB基板のメリットをいくつかご紹介します。 

● 高いコンポーネント密度により、コンパクトで機能豊富なデバイスが実現します。 
● 電磁干渉 (EMI) を最小限に抑えます。
● 高速、高周波アプリケーションに最適です。 
● コンポーネントに安定した接地基準を提供します。
● 多層構造であるにもかかわらず、洗練された軽量のデバイスの作成に役立ちます。 

多層PCBを製造するには、基板材料と銅箔プリプレグを交互に積層します。その後、不要な銅をエッチングで除去し、必要な回路パターンを形成します。多層PCB間の層数は、デバイスの複雑さに応じて4層から20層以上まで幅広く異なります。 

多層 PCB ボードが一般的に使用されているいくつかの重要な領域を見てみましょう。 

● スマートフォン、タブレット、ノートパソコン、スマートテレビで見つけることができます。
● これらは、コンピュータ サーバーとデータ センターのバックボーンです。
● ネットワーク機器、ルーター、通信機器など。
● MRI 装置や CT スキャナーなどの医療機器では多層 PCB が活用されています。
● 工場や産業機械で使用される自動化および制御システムでも重要な役割を果たします。 

4.リジッドPCB

リジッドPCB（リジッドプリント基板）は、電子回路基板の基本的な種類であり、その硬さと耐久性で知られています。その堅牢な構造から、ほとんどの日用品に使用されています。 

その名の通り、剛性が高いため、曲げたり変形させたりすることはできません。製造工程では、基板層、シルクスクリーン層、銅箔層、ソルダーレジスト層など、様々な層が用いられます。これらの層を接合するために、熱と接着剤が用いられます。 

リジッドPCBの特徴は、その汎用性です。片面、両面、さらには多層構造まで、様々な用途に使用できます。片面または両面にできる他の基板とは異なり、リジッドPCBは予算内でお好みに合わせてカスタマイズできます。 

どのようなメリットがあるのか詳しく見てみましょう。

● 多くのコンポーネントを収容できる複雑な電子機器に最適です。
● コストに関しては、リジッド PCB はフレキシブル PCB やリジッドフレックス PCB よりも経済的です。
● 電子機器から産業用制御システムまで、さまざまな用途があります。
● 堅牢な構造により、摩耗することなくより長く動作することが期待できます。 

大量生産が可能で手頃な価格のソリューションをお探しなら、リジッドPCBは最適な選択肢です。製造に最もよく使用される材料には、FR-4（難燃性-4）や、セラミック、金属コア、複合材料などの基板があり、デバイスに独自の特性を与えます。 

それでは、産業および日常使用のアプリケーションについて見ていきましょう。

● 最も一般的に使用されるのは、エンジン制御ユニット (ECU) と車両センサーです。
● レーダー システムや軍事通信機器にとって重要です。 
● 医療用画像機器や診断機器に使用されています。
● 配電システムや再生可能エネルギー設備などに採用されています。 

5. フレックスPCB

フレキシブル回路基板は、ポリアミドカプトンなどの自然に柔軟な基板から作られています。これらの基板は柔軟性と汎用性に優れており、曲げたり変形させたりすることができます。その柔軟性により、従来のリジッドPCBが実用的ではない用途に適しています。 

フレックスPCBの主な材料には、柔軟性を高めるためのポリアミドとPET（ポリエチレンテレフタレート）などがあります。さらに、リジッドPCBと同様に、フレックスPCBでも導電パターンに銅箔が使用されています。 

その利点のいくつかを以下に示します。

● 柔軟性があるため、狭いスペースにもフィットします。
● コネクタとインターコネクタの数が少ないほど、接続障害のリスクが軽減されます。 
● ポータブルデバイスなど、重量が重要なアプリケーションに最適です。 
● フレックス PCB は機械的なストレスや振動の影響を受けにくくなります。
● 特定の形状や輪郭に適応できるため、革新的な製品設計が可能になります。 

さて、フレックス PCB がどこにあるのか見てみましょう。

● コンパクトな設計のためデジタルカメラに使用されます。
● エアバッグや自動車の制御システムに採用されています。
● ウェアラブル健康モニターや外科用器具に使用されています。
● 自動化およびロボット工学のセンサーに使用されます。
● 次世代スクリーン向けの柔軟で巻き取り可能なディスプレイの開発に不可欠です。 

6.リジッドフレックスPCB

リジッドフレキシブルプリント基板は、フレキシブルプリント基板とリジッドプリント基板の両方の特徴を1つのユニットに融合させた特殊なプリント基板です。曲げられないリジッド部と、折り曲げ可能なフレキシブル部を備えています。この独自の設計により、様々な用途に非常に汎用性があります。

構造を詳しく見てみると、複数の素材を組み合わせて作られていることがわかります。例えば、硬質部分はFR4などの従来の素材が使用されることが多いですが、軟質部分は曲げや折り畳みに耐えられるポリアミドでできています。 

これらのPCBの最大の利点は、従来の複数のPCBとコネクタを置き換えることができ、小型デバイスのスペースを節約できることです。さらに、高密度の部品を搭載できるため、複雑な電子システムにも適しています。 

リジッドPCBやフレキシブルPCBと同様に、これらにも同様のメリットに加え、いくつかの追加機能があります。より広い視野で見ていきましょう。

● コネクタとアセンブリの複雑さを軽減すると、長期的にはコスト削減につながることがよくあります。 
● エンジニアは、3D 設計を作成し、重量を削減し、レイアウトを最適化することで、より自由な設計が可能になります。 
● 柔軟な形状によりスペースを節約できます。 
● これらは、その耐障害性とスペース効率のために産業用制御システムに採用されています。 

産業分野における応用について言えば、小型のガジェットから大型の医療機器まで、あらゆる分野で活用されています。ここでは、その一般的な用途をいくつかご紹介します。 

● リジッドフレックス PCB は、ペースメーカーや診断装置などの医療機器に不可欠です。 
● 軽量化、信頼性、柔軟性が重要となる航空宇宙システムに使用されます。 

● エアバッグやインフォテインメント システムにも使用されています。 

7. 高密度相互接続 (HDI) PCB

高密度相互接続（HDI）とは、高密度配線を備えた回路基板のことです。HDI基板はスペースが限られているため、配線スペースが狭くなっています。

通常のPCB設計と比較して、高価な仕上げを施した多層設計にはHDI設計が最適です。HDI設計は、従来の設計と比較して、小型軽量のPCBや優れた電気性能など、多くの利点があります。

HDIボード設計のインスピレーションは半導体業界から生まれました。半導体は非常に小さな表面積に、多数のトランジスタや超小型電子部品を集積しています。

HDIボードは、高速電気信号伝送に特化しており、最適化されています。これらのボードは、HF（高周波）トランジションやブロッケード制御など、複数の機能をサポートしています。HDIボードが高密度設計となっているのは、小型設計のため、基板全体に微細な電子部品が高密度に配置されているためです。そのため、このタイプのボードは高密度相互接続PCBと呼ばれています。

HDI ボードの用途は次のとおりです。

• 1. パソコン（ノートパソコン、PC）
• 2 携帯電話
• 3. 医療機器
• 4.自動車産業
• 5. ゲーム機
• 6. ウェアラブル、スマートウォッチなど

HDI基板の製造技術は、元のPCB設計をより小型、軽量、高密度に拡張することを可能にします。HDI基板上に部品を配置するプロセスでは、高い精度と限られた表面スペースが求められるため、高度なPCBA（プリント基板実装技術）とSMT（表面実装技術）技術が求められます。HDI基板の高密度化に伴い、このような基板を手作業で修理することは、エンジニアにとって困難な作業となる可能性があります。

HDI ボードは、小さなスペースにコンポーネントを詰め込みながら高速な電気伝送を必要とする設計に最適なオプションです。

8. 高周波プリント基板

高周波PCBボードとは、1GHzを超える周波数で動作するPCBの一種です。このようなボードの製造には、PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）など、複数の材料が使用できます。この材料は、略してテフロンと呼ばれることもあります。高周波PCBの種類や設計の多くは、5GHzを超える周波数まで到達できます。FR4（ガラス繊維強化エポキシ）やPPO（ポリフェニレンオキシド）などの材料も存在します。これらの材料は、正しく使用すれば最大10GHzまで到達できます。

高周波タイプPCB（略してHFP）の目的は、高度なPCB設計の要求を満たすことです。これらの設計では、高周波領域での高速信号伝送が求められます。この能力により、HFPは高速かつ非常に高速な信号伝送を可能にします。

一部の高周波 PCB タイプは、次のような重要なアプリケーションで使用されます。

• 1. 通信システム、ネットワークステーション、高周波無線送信機など
• 2. 武器、ミサイル、追跡装置などの軍事産業とその応用。
• 3. 航空宇宙分野におけるレーダーシステムと応用
• 4. 診断および監視を目的とした医療およびヘルスケアアプリケーション。

高周波PCBは、複数の回路にわたって高周波の高速信号を伝送できるため、産業用および重要なシステムでの使用に不可欠です。民生用には、二層または多層PCBなどの他の選択肢の方が適している場合があります。

9. LED PCB

LEDと聞くと、照明器具を思い浮かべるかもしれませんね。その通りです！LED PCBは、LEDに必要な電気接続、熱管理、そして機械的なサポートを提供するように設計されています。 

これらは通常、放熱性と光透過性に最適化された材料を用いて製造されます。例えば、優れた熱伝導性を持つアルミニウム、熱伝導性の高い銅、優れた電気絶縁性を持つFR4などが採用されています。 

これらの基板には、LEDのはんだ付けや実装用に特別に設計されたパッドが備わっており、電気的な接続を確保します。このPCBレイアウトは、光の拡散と反射を考慮し、LEDの光出力を最大限に引き出します。 

これらの優れた機能により、数多くのメリットが得られます。例えば：

● 熱を放散するのに優れているため、LED の性能と寿命が維持されます。
● 最適化された光出力により、LED の分散が最大化されます。
● これらのボードは信頼性の高い電気接続を提供し、LED の故障のリスクを軽減します。
● また、コンパクトなので、狭いスペースでも柔軟に調整できます。

それでは、そのアプリケーションのいくつかを見てみましょう。

● これらは、家庭、オフィス、街灯などの LED 照明システムの基礎となります。
● 車両のヘッドライト、テールライト、室内照明などに使用されます。
● テレビ、モニター、スマートフォンなどのデバイスの小さなディスプレイ画面に見られます。
● これは、照明付きの標識や広告板によって電力が供給される LED PCB にあります。 

製品概要

この記事では、PCBの種類とその用途について説明しました。単層でも多層でも、設計要件が何であれ、PCBasicがお役に立ちます。

アプリケーションのニーズを理解することで、お客様のアイデアを現実のものにすることができます。15年以上の豊富な経験に基づき、HFPやHDIといった複雑な設計を含むあらゆるタイプのPCBに対応可能です。