回路・基板にまつわる技術情報、技術コラムを掲載しています
当技術コラムでは、プリント基板設計の基礎知識について詳しく解説します。
そもそも、プリント基板設計とは何なのか？PCBやPWBとは何か？回路設計とはどう違うのかといったことを解説します。
基礎知識を知りたい方に是非読んでいただきたい記事です！
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プリント基板設計とは、広義の意味では、電子回路を構成するプリント基板の設計のことを意味しています。狭義の意味では、回路図に基づいて、実際の基板製作に必要な図面(基板図)を作成することです。
プリント基板の製造では、電子回路を構成する全ての電子部品を実装し、それぞれの電子部品を配線するためのアートワークの作成が必要です。アートワークは、電流を流すパターンのことです。プリント基板設計で、電子部品の配置やパターンを設計します。
プリント基板設計は、PCBやPWBの設計や開発とも言われています。PCBは「Printed Circuit Board」の略語、PWBは「Printed Wiring Board」の略語であり、PWBとPCBはそれぞれ同じ意味合いで使われることもありますが、「Circuit」と「Wiring」と言う言葉の違いがあります。
簡単に説明すると、以下のようになります。
PWB：部品【実装前】の基板のこと(p板)
PCB：部品【実装後】の基板のこと(p板)
です。
PWBとは、部品が実装される前の、配線が施されただけのプリント基板(p板)のことです。
PWBの「Wiring」は配線のことを意味し、配線というのはプリント基板設計におけるパターンの引き回しや基板間の結線などのことを差します。
PCBとは、部品が実装された後のプリント基板(p板)のことです。「Circuit」というのは回路と言う意味であり、プリント基板設計におけるPCB設計では、ハーネスという線材を用いて、基板同士を接続し、回路を製作します。
繰り返しになりますが、基板設計とは、回路図に基づいて、実際の基板製作に必要な図面(基板図)を作成することです。
一方、回路設計とは、部品間の電気的接続を示した図面(回路図、部品表)を作成することです。
そのため、設計の流れとしては、まず電子回路を設計し、次にその回路を構成する基板を設計するため、回路設計→基板設計という順番で行います。
回路図は、理論に基づきコンピュータ上で作られたものであるため、実際に基板上に配置する部品等のサイズを考慮することなく図面を書けてしまいます。しかし、プリント基板設計は回路図を基に回路が正しく動作するよう電気的特性を考慮し、かつ、製品に合わせた基板サイズに収まるよう物理的特性も考慮して上手く設計する必要があります。
部品同士の位置関係を基板のサイズを考慮しながら、基板製作における様々な制約をクリアすることに、設計者は日々尽力しています。
設計データを製造用にデータ変換出力したものが、ガーバーデータと言われます。
ガーバーデータが実際の製造に使用されます。
回路設計は大きく「デジタル回路」と「アナログ回路」に分類されます。
デジタル回路：0と1で構成される論理的なもので、オンとオフの2種類の信号を表したもの。
アナログ回路：音、電波、光といった連続した信号を制御するもの。
デジタル回路設計は自動化・標準化が進んでいますが、アナログ回路は信号をどのように制御するか、設計者の経験と知識に頼る部分が大きいです。昨今の技術進歩により、デジタル回路とアナログ回路が混在した電子回路も普及しています。
詳しくは、以下の記事で解説しております。
＞＞アナログ基板とは？アナログ回路とデジタル回路の違いについても解説
アートワーク設計とは、パターン設計のことを言います。
パターン設計とは、回路図をもとにプリント基板上へパターンを実現する技術のことです。プリント基板設計と同じ意味で用いられることもありますが、厳密に言うと、プリント基板設計の一工程になります。
パターン設計においては、単に部品同士を配線する作業だけと思われがちですが、様々な知識が必要になります。例えば、プリント基板上へ部品を配置するのもパターン設計の役割ですが、この部品配置をするだけでも、基板製造上の仕様や部品実装機の仕様、デバイスの特性を活かすために、最適な部品配置の知識、デバイスの特性に至っては、時にはプリント基板の仕様選択などの知識も必要になります。
パターン設計は単純なアートワーク（作画）技術のように見えますが、実際は回路設計の一部であり、また、基板製造・実装工程の一部でもあります。
様々な工程を繋ぐ役割なので、そういった意味では、一工程のパターン設計ですが、プリント基板設計そのものと言っても過言では無く、同じ意味で用いられる所以かも知れません。
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いかがでしたでしょうか。
プリント基板設計の基礎知識についてご理解頂けましたでしょうか。
以下のページにてプリント基板設計の流れについて解説しております。
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