用語解説【基板】

1. 基板とは

【用語解説】基板(circuit board, printed circuit board)

Word
基板(きばん) (※一般的にプリント基板とも呼ばれる)
英語
circuit board, printed circuit board


1-1 基板とは電子部品を実装するための板のこと。

基板とは「電子部品を実装するための板」のことです。

なんとなく、緑色の四角い板をイメージされる方も多いでしょうか?そうです、その緑色の板のことで、あらゆる電子機器にほぼ入っています
※実際は、赤や白など色々な色があります。「1-2 ソルダレジストの色が緑色」を参照のこと。

板に「パターン※1」と呼ばれる薄い銅の配線と「シルク※2」と呼ばれる白い文字が施されただけの【①電子部品実装前】と、その上に電子部品がはんだ付けされた【②電子部品実装後】の両方を指します。

どちらも、「基板」と呼ばれます。部品実装前(はんだ付け前)と部品実装後(はんだ付け後)の比較
 ※1:パターン
 回路によって、パターンは異なります。

 ※2:シルク
 基板上に印刷された、小さな文字。(緑色の基板の場合は白色で印刷されています)
 「基板名」や部品の場所・方向など「ガイド」としての役割を持っています。


基板の上に載せる電子部品には沢山の種類がありますが、主なものとしては抵抗器コネクタコンデンサCPU電源ICなどが挙げられます。
【主な実装部品の一例】〇抵抗器 〇コネクタ 〇コンデンサ 〇CPU 〇電源IC


ちなみに、良く見かける「」というのは漢字の間違いです。
(同音異義語で間違えやすいのでご注意を)

基盤:
物事を成立させるための基礎となるもの。土台。
引用:デジタル大辞泉より





1-2 ソルダレジスト(表面処理膜)の色が緑色

基板は、回路パターンを保護するための絶縁膜がコーティングされています。
これをソルダレジスト(=レジストとも呼ばれます)と言います。

原料は樹脂と顔料なのですが、その顔料が緑色のため緑色の基板となるそうです。

ソルダレジストは「永久保護膜」としてほこりや熱・湿気などから回路パターンを保護し絶縁性を維持するための大切なコーティングです。部品の実装時にはんだ(=ソルダー)が不要部分へ付着するのを防ぐ役割もあります。

【ソルダレジストの色(Solder mask)】緑、赤、白、青

実際には写真のように、みなさんの印象が強い「緑色」だけではなく赤や白や青などいろんな色の基板があります。発注する際は技術者の気分で選んだりするそう。

なぜ、緑色?
プリント基板が出てきた当初は緑色しか無かったとのこと。なぜ緑色だったかという理由は、①目に優しいこと、②(①の理由で生産量が多くなり→)コストが安い、という説があります。




学生さんひらめき(男子)
先日、ガスコンロが壊れてしまったんだけど「基板がダメになっていた」と工事士の方から言われたよ。

ガスコンロにも基板が入ってるって意識してなかったけど電子機器の「心臓みたいなものなんだね。



そうよね、普段私たちは中に入っている基板について意識したことは無いけど。もしも、スマホやエアコン・パソコン・テレビ・車がもし、動かなかったら…

小さいけれど、水や空気のように無くてはならない大きな存在ね!

学生さんひらめき(女子)



2. 基板は大きく2種類

基板は大きく分類して、リジッド基板フレキシブル基板の2種類があります。

1.リジッド基板 2.フレキシブル基板
【1.リジッド基板(硬質基板)Rigid board】 【2.フレキシブル基板(FPC:Flexible printed circuits)】
柔軟性のない、硬質基板のこと。一般的に「基板」というとこれを指す。 柔軟性があり、小型化や機能用の基板として使われる基板。曲げることが可能なので曲面へ貼り付けることができる。
  • 材質は各メーカーで様々あるが、最も主流なものとして「ガラス布」と「エポキシ樹脂」を使ったガラスエポキシ基板(種類名:FR-4)がある。ガラス繊維製の布(クロス)に、エポキシ樹脂を含浸させた材料で製造した基板。高強度、耐久性が非常に高い。
  • 省スペース化できて軽いという特長。 →携帯電話や液晶テレビ、ウェアラブルデバイス(身体に装着して利用するもの)にも利用されている。
  • リジッド基板より高価。
  • 設計には工夫や注意が必要。
    →「耐屈曲性」を高めるために(曲げても耐えうるように)、例えば屈曲部はできるだけ部品を配置しない、角はR(曲線)で設計するなど。



【 番外編 】- その他の基板 -
ブレッドボード 電子回路の実験・試作・評価等に利用される基板。

はんだ付けが不要で穴に部品や配線を差し込むだけで簡単に回路を組み立てることができるため、電子回路の学習用としても利用される。
基板の番外編①【ブレッドボード】
▲ クリックで画像を拡大できます。
ユニバーサル
基板
汎用のプリント基板。

一般的なユニバーサル基板は、等間隔で穴があけられている。穴の周りには表と裏面に「ランド」と呼ばれる電子部品をはんだ付けするための銅箔が印刷されている。
基板の番外編②【ユニバーサル基板】
▲ クリックで画像を拡大できます。
生基板 積層板の表面に薄い銅箔が貼り付けてあるもの。
(正式名称:銅張積層板)

実装前の基板のことを「生基板」と呼ぶこともあります※




◆◆ \ 色んな形の基板、集めてみました! / ◆◆

色々な形の基板サンプル(A:2008年 第29回ハーフサイズ プレ大会 優勝マウス B:温湿度計 C:88年製 JSD製品マイクロマウス D:自由曲面形状測定装置の基板 E:マイクロマウス【NORIKO2】/1992年 F:地区大会に出たマウス)


四角だけでなく円形のものや羽のような形の基板もあります。色々な形に基板屋さんにカットしてもらえるそうです。

  • A:2008年 第29回ハーフサイズ プレ大会 優勝マウス ※角を曲がる時に壁にぶつからないために丸く加工

  • B:温湿度計 ※プラスチックケースに入れるため、形状に合わせて丸い形に

  • C:88年製 JSD製品マイクロマウス

  • D:自由曲面形状測定装置の基板 ※回転させる必要があったので円盤形状に。スリップリングにブラシを接続して電気信号を送れるように

  • E:マイクロマウス【NORIKO2】/1992年
    ※羽のような基板は壁の上面をセンス(検出・測定)するための「センサボード」。また尖ったツノのような形状の理由は、できるだけ軽量にする目的のため

  • F:地区大会に出たマウス




学生さんひらめき(男子)
基板ではないんだけど、FFCという薄いケーブルもよく使うんだって。


FFC:Flexible Flat Cable(フレキシブルフラットケーブル

FFC:Flexible Flat Cable(フレキシブルフラットケーブル)



とっても薄くて一見、テープみたいに見えるわ。小型化軽量化が求めらる中で、ケーブルも進化したのね。

液晶テレビやDVDレコーダ、炊飯器、ノートPCなどほとんどの家電で利用されているらしいわよ。

FFC(フレキシブルフラットケーブル)をコネクタに差し込んだところ

学生さんひらめき(女子)


学生さんひらめき(男子)
こっちは昔から利用されているカラフルな丸い筒状のケーブル
FFCに比べると、厚み重さがだいぶ違うよ。

各ケーブルで、流せる電流の量が決まってくるから流す電流の大きさによって、どの種類・大きさのケーブルを使うか決めるんだって。

通常のケーブルとFFC(フレキシブルフラットケーブル)




3.日本システムデザイン(株)×基板

3-1 業務フロー×基板

組み込み製品が完成するまでの業務フローの中で、基板に関係する箇所をご紹介します。


◆◆ 基板に関係する、開発フロー ◆◆

【図解】基板に関係する、開発フロー(回路図→パターン設計を経て → 実装前の基板ができます。)
▲ クリックで画像を拡大できます。



  • 基板ができるまでの重要なフェーズ[ハード設計]には大きく、①-1回路設計①-2パターン設計の2つがあります。

  • ハード設計で完成した設計データ(ガーバデータ)を元に、基板を発注( A )します。

  • 実装されていない基板が出来上がると、ボードの上に載せる電子部品を集めて実装屋さんに実装してもらいます( B )。

  • 実装後基板が出来上がったらソフトを組み込んで C ケースなどに取り付ける D )と完成します。






3-2 価値も高まる「回路」「アートワーク」を1人が担当する意味

回路設計とパターン設計が分業化され、回路設計者でもパターン設計をしたことのない世代になっているそうです。

回路設計から「パターン(基板)設計」フェーズに進む際に、必要な情報や回路設計者の意図を正確に効率よく受け渡すことが重要と言われています。

【図解:アウトソーシングによる分業と日本システムデザイン(株)の一貫体制の違い】POINT1 意思疎通のすれ違いは起こらない。POINT2 伝えるためのドキュメント作成は不要。POINT3 柔軟&より良い発想で設計ができる。→圧倒的高効率!

日本システムデザイン(株)では上の図のように「回路図」と「パターン設計(アートワーク)」は1人の人が担当します。

設計は全体で考えた方が良いものが作れますし、同じ人がひとつの案件を一貫して担当するので情報共有のための資料づくりや伝達にかかる時間は必要ないですよね。

基本的には①-1回路設計 → ①-2パターン設計という順番で設計しますが、パターン設計に入っていても「回路を変更した方が良い」と気づいた場合には行ったり来たり柔軟に素早く変更することが可能です。




3-3 基板キットも提供

学校教育向けにものづくりコンテスト用のCPUキットも販売しています。

ものづくりは、実際に作ってみないと分からない”という想いより、「安価で先生方の手間なく」提供することが必要と考え電子部品と基板をセットにして提供させていただいております。
回路図などの資料もダウンロード可能ですので、電子回路の学習にぜひご活躍ください!

【学校教育機関向け】ものづくりコンテスト用パーツキット リーフレットイメージ



90年代に好評【CPUボード:V-25】
◇◇ 90年代に好評だった、CPUボード【V-25】 ◇◇

arduino(アルドゥイーノ)の先駆け的なもので、昔はプログラム開発が簡単にできるものが無かったこともあり好評でした。


プリント基板が出てくる前はね、下の写真のように実際の線を接続する手配線だったわよ。とても複雑よね。

学生さんひらめき(女子)


学生さんひらめき(男子)
ほんとだね!これは手書きで製作していた頃の回路設計で、
手書きの【回路設計書】

こっちはパターン設計基板設計)だよ。
手書きの【パターン設計書(基板設計書)】

変更するのが大変そうだね。



設計後の工程の方が「もっと大変だった」と当時の話を聞いたわ。

まず、透明なフィルムにパターン設計どおりのパターンを黒の細いマスキングテープで手作業だけど正確に貼っていく必要があってね。生の銅箔基板の上にそのフィルムを重ねて紫外線を照射することで不要部分の銅箔を現像するんだって。そして、エッチング(Etching)液というものに漬けることで、その不要な表面の銅箔を溶かして取り除くとパターンが出来上がるんだそうよ。その後、穴あけやカッティングなどの工程があってやっと完成するんだって!

今ではCADデータを送信して基板屋さんに安く製作してもらえるけど、昔の基板製作では外注せず社内で手作業で作っていたということを知ることができたわ。もしも古い資料を見つけたら公開するわね!

学生さんひらめき(女子)



Written in 2020.07




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< 参考文献 >
「トコトンやさしい プリント配線板の本 第2版」著者:高木 清・大久保 利一・山内 仁 2018年6月11日第2版1刷発行 / 日刊工業新聞社

「図解入門 現場で役立つ 電源回路の基本と仕組み」著者:清水 暁生・石川 洋平・深井 澄夫 2015年3月10日第1版1刷発行 / 日刊工業新聞社

「ボクの電子工作ノート」著者:鈴木 哲哉 2012年6月30日初版第1刷発行 / 日刊工業新聞社

「よくわかる プリント基板実装のできるまで」著者:岡本 彬良 2006年11月25日初版第1刷発行 / 日刊工業新聞社

「実装の将来 エレクトロニクス・エコデザイン」編著者:須賀 唯知 2002年6月15日初版第1刷発行 / 日刊工業新聞社





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