コンピューターやテレビなどのほとんどの電子機器には、PCB または回路基板が必要なコンポーネントです。 この記事では基本的な構造とレイアウトについて説明します。 PCB のアセンブリだけでなく、独自の PCB を構築するためのヒントも提供します。 さあ行こう！

いくつかの重要な電気原理を確認してみるとよいでしょう。 たとえば、始める前に、この World Electronics に関する基本的な回路、電気、電圧、接続の基礎、またははんだ付け 101 について説明します。

プリント配線チップおよびプリント配線板は、PCB の別名です。 これらのラベルは、ポイントツーポイント ケーブル配線への先祖返りです。 ケーブルの絶縁体が劣化して亀裂が入り始めると、定期的に短絡や配線接続部の故障が発生しました。

ワイヤラッピングの発明は、より最新のボードにとって有利です。 この方法では、小さなゲージのケーブルを各接続ポイントのポストに巻き付けます。 これにより、安全で頑丈でありながら、便利に変更可能な接続が実現します。 さらに、重い真空管からの切り替え、またはより圧縮された信頼性の高いシリコンと IC への再送信により、コンポーネントのコストとサイズの両方が削減されました。 軽量家庭用電化製品に対する需要の高まりにより、開発者はよりコンパクトな製品を開発して販売するようになりました。 PCB に進みます。

PCB の「B」は「ボード」を指します。 硬いボードは、相互接続するワイヤとパッドのネットワークで構成されます。 PCB の目的は、実際の物理的オブジェクト間で電力の伝送と通信を可能にすることです。 はんだを使用すると、この手順全体が容易になります。 はんだは、PCB 表面からコンポーネントまで電気的接続を行う金属 (および強力な機械的接着剤) です。

PCB は、異なる材料のさまざまな層が 1 つの単一オブジェクトに積層されて構成されています。 ここで、中央から始めて表面から外側に向かって分割してみましょう。

回路基板のベースまたは基板がすべての始まりです。 最も一般的な基板は FR4 とファイバーグラスで構成されます。 これは PCB の支持構造として機能し、PCB に厚み、重さ、剛性を与えます。 より柔軟なタイプの PCB は通常、Kapton のような高温ポリマーを基板として使用します。

電気基板の歴史

PCB にはさまざまな形式があり、長年にわたって使用されてきました。 回路はシャーシ上に接続されていました。シャーシは、回路基板が発明される前は通常、金属構造と木製の底部で作られていました。 1930 年代にオーストラリアの技術者が無線機器のコンポーネントとして PCB を作成し、この分野に革命をもたらしました。 ありがたいことに、システムはより効率的に電力を供給する必要があり、すべてを小型化する必要があったためです。 PCB は、それ自体だけでなく、それ自体の重要性も増しました。 さらに、ネットのおかげで世界とのつながりも深まりました。

その結果、改良されたコンパクトな PCB の構築に画期的な進歩が見られました。 さらに、ウェアラブル テクノロジーやスマートフォン アプリなど、これまで手の届かなかったより多くの製品とのコミュニケーションが強化されます。

電気 PCB はどのように機能しますか?

その構造に関して言えば、PCB は非常に単純であるように見えます。 しかし、さまざまなものに関して言えば、それらは現代の驚異のすべてを扱うことを可能にします。 デバイスがどれほど基本的であっても、ある種の回路基板は、その機能を果たすためにガジェットに直接エネルギーを引き込む必要があります。 本当に、それはとても簡単です。

小さな奇跡を起こすことができると想像してみてください。 一部の樹脂層と少数のはんだチャネルだけでは以前は不可能だった奇跡により、PCB のさまざまなコンポーネントに電気を流すことが可能になります。 PCB は、電力の供給に加えて、ガジェットの機械的側面もサポートします。

これは、PCB が電気信号を送信すべき場所に誘導するためです。 また、コンポーネントがしっかりと固定されるための強固な基盤も提供します。 PC とその内部コンポーネントをざっと見ると、優れた概要が得られます。

回路基板からのこのような支援を考慮すると、PCB が機器の「頭脳」である理由は容易に理解できます。 簡単に言えば、電子デバイスは PCB なしでは機能しません。

これまでにない電気 PCB

さらに、PCB は非常に単純であるように見えます。 レイアウトがシンプルであるにもかかわらず、その制作には複雑な作業が伴います。 クリエイターから始まり、EDA（電子レイアウト自動化）プログラムの開発、生産、組立、検査までを含みます。

これは、熟練した回路設計者が真に貴重である可能性がある瞬間です。 彼らは、お客様独自の技術要件をすべて満たす回路基板を設計することができます。 また、業界で成功するために必要なリソースを確実に入手し、PCB が製品の最も弱い部分になるのを防ぎます。 非常に優れた PCB を使用すると、装置の問題の診断が簡単になります。

レイアウトを含むファイルが生成されると、すぐに生成が開始されます。 回路基板の実際の物理的特性がこの手順全体を通じて特定および最適化され、問題が最小限に抑えられ、最大限の利点を備えたデバイスが製造されます。 生成されるすべての出力は、この手順中に注意深く検査して、適切に動作することを確認する必要があります。

PCB コンポーネントが現在利用可能なテスト方法でテストされない可能性は事実上ありません。 これにより、製品に電力を供給する PCB が後で故障しないことが保証されます。

PCB 電気試験の概要

MVI は、電気回路で発生する可能性のある問題 (短絡など) を特定するのに適していました。 また、はんだ接続の不良、トレースの断線、コンポーネントの極性の逆、コンポーネントの紛失なども考えられます。 残念ながら、MVI アプローチには問題があり、退屈で繰り返しのタスクを実行する際にエラーが発生するという問題がありました。 これにより、障害が発見されなかったり、設計の遅い時点で発見されたりするケースが発生します。 このアプローチでは、回路に変更を加えるのに法外な費用がかかります。

視覚検査のプロセスは、AOI 法を利用して行われました。 現在、AOI は確立された検査技術であり、多くのピックアンドプレース装置で利用でき、溶接のポストフローおよびプリフロー中に頻繁に利用されています。 AOI の制限により、パッケージ内に隠された溶接や接続を認識することができなくなりました。 これは、BGA パッケージと SMD コンポーネントの使用の拡大によって明らかになりました。 そこで、X 線の利用に焦点を当てた自動アプローチである AXI が作成され、パッケージの観察に加えて部品密度が高い多層回路基板を効果的に検査できます。 検査ステップに続いて、完全に構築された回路に対する適切なテストがボード上で実行されます。

PCB 電気試験の目的

PCB の各コンポーネントは、電気回路が全体としてどの程度機能するかに影響を与えます。 次のテストは、実行する必要がある最低限のセットに含める必要があります。

• 機械抵抗、
• 溶接品質、
• 機械的抵抗;
• 湿度、耐候性、腐食性を含む清浄度。
• 電力損失の評価を含む電気伝導率。 穴の壁の品質。
• 力または熱を使用してラミネートの剥離に対する弾性をテストします。
• 銅メッキの引張強度をテストし、その結果生じる伸びを評価します。
• 環境テスト、特に湿気の多い環境で機能する PCB のテスト。
• コンポーネントの極性、位置、向き、および配置。

・ あおい

検査技術として、AOI は開発の初期段階で PCB の欠陥や問題を特定する可能性があります。 AOI は、カメラを使用してさまざまな角度およびさまざまな照明条件下で PCB の写真を撮影する外観検査技術を指します。 さらに、この方式には、Board 上でのみセリグラフを解読できる OCR 技術が搭載されています。 したがって、得られた写真は、ゴールデン ボードの望ましい結果と比較されました。 この手法は開発の多くの段階で適用でき、さまざまな種類の欠陥を検出できるという利点があります。 主な欠点は、見通し内アクセスが制限され、一部のパッケージまたは BGA でカバーされる接続を検査できなくなることです。

・AXI

SMT テクノロジーの密度が高く、CSP パッケージングや BGA の接続を確認するのが難しいため、X 線テクノロジーに依存するような、より正確な検査技術が必要でした。 溶接部は X 線写真で簡単に識別できます。 相対原子量がより大きい材料を使用します。 PCB 上のその他の電子コンポーネント。

AXI アプローチの主な利点は、パッケージングとのリンクも含め、すべての溶接と接続を検出できるという事実です。 さらに、はんだ接合部が検査される可能性があり、これはさらに潜在的な気泡を示します。 独占的な電気コンポーネントのレプリカが見つかる可能性も高くなります。 ただし、AXI はやや高価な方法です。 その投資は、CSP パッケージまたは BGA を備えた高密度のボードと部品に対してのみ意味があります。

· 回路内テスト

この検査は組み立て段階に続いて実行され、PCB 上の各電気コンポーネントの適切な動作と位置が確認されます。 テストでは、短絡、抵抗、断線、静電容量などを徹底的にチェックします。 フライングセンサーを使用しています。 これは、テストに必要な測定を実行するためにボード上を自由に移動するさまざまなセンサーとドライバーで構成されます。 まったく同じテスト方法をさまざまなレイアウトの PCB に適用することで、プローブを制御するソフトウェアを変更することができます。 別の方法として、特定の DUT 用の釘のプラットフォームを備えた試用固定具が役立つ場合があります。

各「ネイル」は本物のセンサーとして機能し、DUT の特定の領域を試験装置に電気的に接続できます。 ベッド オブ ネイル アプローチはコストが高く、各ボードがベッド オブ ネイルを所有するため柔軟性に制限があります。 さらに、ピン間隔の制限があるため、高密度コンポーネントを備えたパネルをテストする際にも特定の課題が生じます。 ICT 手法には、ボードに電力を供給することなく、接続と個々のコンポーネントの両方にある多数の欠陥を特定できるという利点があります。 制御およびベッドオブネイル ソフトウェアはコストが高く複雑であるため、接続をテストすることはできません。 したがって、これは、複数のカードを使用するデジタル システムとアナログ システムの両方において大きな欠点となります。

回路のすべてのノードにアクセスすることは現実的ではないため、ボードのコンポーネント間の接続を検査するバウンダリ スキャン アプローチは、集積回路 (IC) のテストによく役立ちます。 「セル」の入力 (TDI) および出力 (TDO) データ ピンは、機械的プローブの代わりに役立ち、回路を多重化する適切なシフト レジスタを備えています。 テスト クロックまたは TCK 信号はバウンダリ スキャン回路の時間を調整し、TMS 信号はテストをアクティブにします。 したがって、I/O には、単純な 4 線式シリアル ポートを使用する回路上に物理的なテスト端子が必要ありません。

メーカーのバウンダリ スキャン記述言語 (BSDL) ファイルには、バウンダリ スキャン部分の詳細が記載されています。 バウンダリ スキャン アプローチの利点は、さまざまなタスクに役立つ可能性があることです。 これらのタスクには、システムレベルのテスト、CPU エミュレーション、フラッシュ メモリ、RAM のテストが含まれます。 試験は実際の競技場で行うこともできます。 その主な欠点は、包括的なテストが提供されないことです。 また、この種のインターフェイスを可能にする特定のコンポーネントのみがカバーされています。

結論

どのようなアプローチが有用であっても、PCB テストは電気設計プロセスの重要な段階です。 最終生産に投入される前に基板の欠陥を発見することで、多額の現金と時間を節約できるため、一般に、前述の検査およびテスト技術を組み合わせてすべての潜在的な欠陥を見つけることができ、価格はそれに応じて異なります。 テスト対象のボードの使用法と複雑さ。