PCB¶

概要¶

PCB（Printed Circuit Board）は、電子部品を実装し、それらを電気的に接続するための基板である。

日本語では「プリント基板」や「基板」と呼ばれる。

現代の電子機器はほぼ全てPCB上に回路が構築されている。

PCBの役割¶

PCBには主に以下の役割がある。

• 電子部品の固定

• 電気的接続

• 電力供給

• 信号伝送

• 放熱

PCBの構造¶

一般的なPCBは以下の層で構成される。

シルク
─────────
レジスト
─────────
銅箔
─────────
基材(FR-4)
─────────
銅箔
─────────
レジスト

主な構成要素¶

パッド（Pad）¶

電子部品をはんだ付けするための銅箔部分。

● ← パッド

配線（Trace）¶

部品同士を接続する銅箔配線。

●────●

ビア（Via）¶

異なる層同士を接続する穴。

上層
 ●
 │
 ●
下層

GNDプレーン¶

広い銅箔面でGNDを形成したもの。

特徴：

• ノイズ低減

• 放熱向上

• 配線削減

基板の層数¶

片面基板¶

部品
 ↓
銅箔

最も簡単な構造。

両面基板¶

Top Layer
Bottom Layer

ホビー用途でよく使われる。Asterを設計し始めた時はこっちを想定。

多層基板¶

Top
Inner1
Inner2
Bottom

4層、6層、8層など。

高密度回路で使用される。Asterは2層だと支えきれなさそうなので4層に変更予定。

基板材料¶

FR-4¶

最も一般的。Asterも使う予定。

特徴：

• 安価

• 強度が高い

• 絶縁性が高い

アルミ基板¶

特徴：

• 放熱性が高い

• LED照明などで使用

PCB設計で重要な項目¶

配線幅¶

流す電流に応じて十分な幅を確保する。

例：

※基板厚や許容温度によって変化する。

配線長¶

信号線はできるだけ短くする。

理由：

• ノイズ低減

• 電圧降下低減

• 通信品質向上

電源ライン¶

電源ラインは信号線より太く設計する。

信号線
0.2mm

電源線
1.0mm以上

放熱設計¶

発熱する部品には十分な銅箔面積を確保する。

例：

• モータドライバ

• DCDCコンバータ

• MOSFET

製造時によく見る設定¶

基板厚¶

一般的：

1.6mm

銅箔厚¶

一般的：

1oz
(約35μm)

高電流用途：

2oz

最小配線幅¶

製造可能な最小配線幅。

一般的：

0.15mm

表面処理¶

主な種類：

• HASL

• ENIG

• OSP

個人製作ではHASLまたはENIGが多い。

Asterでの利用¶

AsterではALEO基板上に

• STM32

• モータドライバ

• DCDCコンバータ

• IMU

• OLEDコネクタ

などを実装する。

設計時は以下を重視する。

• モータ電流に耐える配線幅

• DCDC周辺のノイズ対策

• STM32周辺のデカップリング

• 発熱部品の放熱設計

• メンテナンスしやすい部品配置

• 配置のかっこよさ

まとめ¶

PCBは電子回路を実装するための基盤であり、電子機器の土台となる存在である。

良いPCB設計は、

• 安定動作

• 低ノイズ

• 放熱性能

• 製造性

に大きく影響するため、回路設計と同じくらい重要である。