プリント基板とは？種類から設計・製造工程まで解説！
プリント基板は、電子回路を実現するための基板で、あらゆる電子機器に必要不可欠な製品です。このプリント基板には、材質等で様々な種類に分類され、業界や用途によって最適なプリント基板は異なります。
ここでは、プリント基板の概要から基礎知識、プリント基板の種類、プリント基板の設計・製造工程、そして実際に当社で製作したプリント基板の実績まで、まとめてご紹介いたします。
プリント基板とは？
プリント基板は、電子回路を実現するための基板であり、絶縁性の高い基板材料（通常はガラスエポキシ樹脂やフリスクラムなど）に導電性のパターン（一般的には銅箔）が形成された基板です。プリント基板は、電子機器の信号伝達や電力供給を実現し、コンピュータ、携帯電話、家電製品など様々な産業で使用されます。
実際に当社でも、自動車車載基板・電力メーカー基板・医療機器基板・通信機器基板・自然エネルギー向け基板・蓄電装置基板・紙幣識別基板等、産業機器が使われる業界全般でプリント基板実装の実績があります。
プリント基板の種類とは？
プリント基板には様々な種類があります。
リジット基板
リジット基板（Rigid PCB）は、電子機器における主要な基板の一つです。リジット基板は、剛性のある素材（一般的にはフライヤーズ板など）を使用して作られており、電子部品を取り付けるための導電パターンや穴が配置されています。
リジット基板は、電子機器の部品間の信号伝達や電力供給を実現する役割を担っています。電子部品やコネクタがリジット基板上に取り付けられ、導電パターンを通じて接続されます。これにより、電子機器が正常に動作するために必要な信号の伝送や電力の供給が行われます。
リジット基板は、耐久性や信頼性が高い特徴を持っています。剛性のある素材を使用しているため、強度や耐衝撃性があります。また、高温環境や湿度の変化にも耐性があり、安定した性能を保つことができます。
フレキシブル基板
フレキシブル基板（FPC）は、プリント基板の一種で、柔軟性があり、弱い力で繰り返し変形させることが可能な電子基板です。FPCでは、一般的にポリイミドやポリエステルなどの可撓性の高いポリマー基材を使用し、表面に薄い金属箔（一般的には銅）の配線パターンが形成されます。
フレキシブル基板は、コンパクトで軽量なデザインが可能で、また変形した場合にもその電気的特性を維持する特性を持っているため、三次元形状に適応することができます。そのためFPCは、近年の電子機器の小型軽量化、薄型ニーズに応える製品として、需要が高まっています。
リジットフレキ基板
リジットフレキ基板とは、リジッド基板とフレキシブル基板を一体化した基板です。これにより、リジッド基板とフレキシブル基板の利点を併せ持つことができます。
フレキブル部分はポリイミドやポリエステルなどの可撓性の高いポリマー材料で作られ、リジッド部分は一般的にガラスエポキシ樹脂（FR-4）などの剛性のある基板材料で構成されます。リジッドフレキ基板は、複雑な形状や限られたスペースに適応し、高い信頼性と耐久性を提供します。主な応用分野には、モバイルデバイス、医療機器、航空宇宙、自動車などがあります。
プリント基板の設計・製造工程
一般的なプリント基板の設計・製造工程について、下記の通りとなります。
01ご注文・回路図支給・部品表リスト支給
図面支給（電子回路図、部品図面、組図）、部品リスト支給、どちらもご注文時にお送りください。
02アートワーク設計
電子回路図面の基づいて、最適なアートワークの設計をいたします。各種データ変換・出力やノイズ対策について対策を行います。
03部品調達
社内調達可能な部品は、各工場にて自社調達いたします。社内で調達が困難な部品に関しては、お客様より支給いただきます。
04プリント基板製造
プリント基板の製造を行います。スルーホール加工もお任せください。メタルマスクの手配も対応いたします。フレキ基板、多層基板、多種多様な基板の製造に対応いたします。
05基板実装
SMT、IMT、両面リフロー、鉛フリーはんだ、様々な基板実装に対応いたします。フローはんだ槽はライン化しており、コンタミ防止を徹底しております。
＞＞フローはんだ付けとは？リフローとの違いから不具合＆対策まで解説！
06基板検査
自動外観検査をはじめ、X線検査、インサーキットテスターなどの各種基板検査を行います。
07ファンクションチェック
実際に接続して最終動作検査を行います。
08出荷・納品
出荷前段階で、お客様との梱包仕様の取り交わしをいたします。その仕様書に合わせた形で梱包いたします。場合によっては専用の箱の作成して、エンドユーザー様にもお届けいたします。
基板の設計には、回路設計とアートワーク設計の大きく2種類がありますが、一般的にプリント基板の設計という場合は、基板への設計ということからアートワーク設計を指すことが多くなります。
日東電気ならではのプリント基板 設計・実装
当サイトを運営する日東電気では、これまでに数多くのプリント基板の設計・実装を行ってまいりました。日東電気だからこそ可能なプリント基板の設計・実装としては、下記のような特徴があげられます。
プリント基板の設計・実装に関する圧倒的な実績
これまでに日東電気では、様々な業界のお客様に向けて、多種多様なプリント基板の設計・実装を行ってきました。プリント基板の種類としては、ガラスコンポジット基板のCEM-3、ガラスエポキシ基板のFR-4が実績の大半を占めますが、高機能特性を持つテフロン基板・セラミック基板も実績としてございます。また最近では余り出回りませんが、紙フェノール基板の実装も対応しております。
混載実装への対応力
現在は電子機器も高機能化されており、その数量も増えていることから、生産性や低コストを重要視され、特に量産工程では表面実装が多く採用されています。一方で挿入実装は信頼性が高くストレス耐性も高い用途で必要とされます。
この両方を兼ね備えたのが、混載実装です。混載実装は、同一基板上でスルーホール（IMT、DIP）実装と表面（SMT）実装の両方を実施する実装方法です。表面実装と挿入実装では、実装できる部品が異なるため、多様な部品の実装が求められる場合に混載実装が使用されます。表面実装と挿入実装のどちらも必要な混載実装は、信頼性が高くストレス耐性も必要な製品を、なるべくコストを抑えつつ量産が必要な製品に採用されます。
そして当サイトを運営する日東電気は、混載実装の実績を数多く有しており、また混載実装の前工程であるアートワーク設計から、後工程の筐体設計・製造まで、ワンストップで対応しております。
鉛フリーはんだ・共晶はんだ、どちらのはんだ付け工程にも対応
鉛フリーはんだと共晶はんだは、各々が異なる特徴を持ち、異なる用途に向いています。環境への影響を最小限に抑えたい場合や高温環境下での使用が求められる場合には、鉛フリーはんだが適しています。一方、使いやすさやはんだ付けの信頼性が重視される場合には、共晶はんだが優れた選択肢となります。
ただし鉛フリーはんだは、共晶はんだの2,3倍のコストがかかるとされており、また融点も高いため、製造コストは時間的にも費用的にもかかってしまいます。
当サイトを運営する日東電気では、様々なはんだ付けに対応しており、お客様のご要望に応じて最適なはんだ工程や基板実装方法のご提案を行っております。はんだ付けには大きなプロセスとして、
- リフロー実装工程：表面実装(いわゆるSMT実装)
- フローハンダ工程：ソルダーリング装置やハンダ付けロボットを用いる
- マニュアルハンダ工程：人の手を介して行う
という3種類のはんだ工程がありますが、当社ではすべてのはんだ工程に問題なく対応しております。
＞＞ウィスカとは？ウィスカの対策として共晶はんだが有効な理由とは？
鉛フリーはんだラインと共晶はんだラインにおける徹底したコンタミ防止
当社では鉛フリーはんだと共晶はんだ、どちらもラインを構築しておりますが、各ラインを別々に構築・管理しており、徹底したコンタミ防止対策を施しております。先述の通り、鉛フリーはんだは、RoHS規制によって開発が進められたはんだです。そのため、一定以上の鉛を含まないようにする必要があり、生産ラインにおいても対策が必要となります。共晶はんだと鉛フリーはんだを同じラインで実装すると、どうしてもコンタミが発生しかねません。
しかし当社では、共晶はんだは共晶はんだ専用のラインで基板実装を行っており、ライン単位で徹底したコンタミ防止対策を取っております。
現在は鉛フリーはんだを選択する電子機器も多くなっていますが、当社では現在でも共晶はんだのご依頼を多くいただいております。
リスクを徹底的に排除するVE提案
お客様が不安に思われる防水や火災などの機能面のリスクを徹底的に排除するためのVE提案や対策についても積極的にご提案を行い、エラーが生じない、万が一生じてもすぐにエラー発見できるEMS生産体制を構築いたします。UL規格、IEC規格、EMC規格、PSEマーク、S-JET認証、RoHS指令、系統連系保護装置等認証、第三者認証制度、JQA(日本品質機構)など、各種規格や制度に則って、安心いただける電子機器EMSメーカーとして基板設計・実装を行っております。
＞＞S-JET認証とは？信頼性の高い電子機器EMSパートナー選定のポイントまで解説
工程FMEAにも対応
当社ではお客様のご要望に合わせて、工程FMEAにも対応しております。FMEA（Failure Mode and Effects Analysis）は、製品やプロセスにおける各種の障害や故障の可能性を予測し、その結果に対する影響を定量的に評価する手法です。FMEAは、日本語では故障モード影響解析と呼ばれます。製品の設計段階からプロセスの改善後まで、あらゆる段階での障害や故障のリスク評価を行い、予防的な対応策を立てることで、製品やプロセスの品質を向上させることができます。
基板関連部品の調達力・在庫力
基板実装には様々な電子部品が必要となりますが、当社では電子機器メーカー様の調達代行という側面も持っており、お客様に代わって基板周辺部品の自社調達も行っております。
コイルや抵抗、ハーネスなどの電子部品から、プラスチック筐体、板金筐体などの組立工程に必要な部品まで、すべて調達いたします。
＞＞日東電気グループは、OEM・EMSのベストパートナーです。
基板設計・実装に関する技術提案事例
続いて、実際に当社でご提案した、基板設計・実装技術提案事例です。
ロボットはんだ付けによる基板実装で生産性向上＆品質向上
大手自動車メーカーのお客様から、ピン数の多いコネクタはんだ付けを伴う基板実装のご相談をいただきました。ピン数が多くなればなるほど工数はかかりますが、手作業で実施するとどうしても品質のバラツキやヒューマンエラーが生じてしまいます。
そこで当社では、ロボットはんだ付けによる基板実装のご提案をいたしました。当社ではJAPANUNIX製のはんだ付けロボットを2台保有しており、数量やはんだ付けの内容に基づいてご提案をしております。
人的作業からロボットによるはんだ付け作業に変更することで…
基板設計・実装に関する製品事例
続いて、実際に当社が製作した基板設計・実装に関する製品事例をご紹介いたします。
モバイルカー向け基板＆ダイカスト筐体組立実装
こちらは次世代モバイルカー向けの基板＆ダイカスト筐体組立実装事例です。基板サイズは200×200、製品サイズは500×500×200で、100個／月の量産品でした。
次世代モバイルカー開発の担当者から直接お問い合わせをいただき、回路図はお客様にて作成・支給いただきました。当社の小山工場でアートワーク設計から基板実装、ハーネス加工まで対応し、水戸工場でダイカストケース製造（金型はお客様より支給）を実施いたしました。その後、組立から電気検査までワンストップで対応いたしました。
リチウムイオン蓄電システム
こちらは家庭用リチウムイオン蓄電システムです。基板サイズは330×250、製品サイズは530×650、200台／月のロット数でEMS生産いたしました。
お客様より詳細仕様をいただき、当社では基板アートワークの設計段階から携わらせていただきました。基板アートワークでは、電流容量を必要とする厚銅パターンであったため、はんだ上がりに配慮した設計が必要でした。装置組立では、現場の作業性を考慮した板金部品のVE提案を行うだけでなく、組立の要求仕様に従って組立用治具を考案・設計・作製も行いました。また本製品は防水が必要な製品だったため、要所にコーキングを実施し、さらに塗布量をコントロールするためにディスペンサを使用して塗布を実施いたしました。
シニアカー用インバーターユニット
こちらはシニアカー用インバーターユニットです。基板サイズは180×150、製品サイズは230×200で、100個／月の量産品でした。
シニアカーの開発担当者の方からご相談をいただき、当社の小山工場でアートワーク設計から基板実装、ハーネス加工まで対応し、水戸工場でダイカストケース製造（金型はお客様より支給）を実施いたしました。その後、組立から電気試験までワンストップで対応いたしました。
水素発生装置制御ボックス
こちらは水素発生装置制御ボックスです。基板サイズは330×250、製品サイズは900×850、5台／月のロット数でOEM生産いたしました。
エンドユーザーは大手自動車メーカーで、大手電源メーカーによって製品設計されたOEM製品でした。エンドユーザーのプロジェクトご担当者様が小型ジェット旅客機製造にも携わっていらっしゃったこともあり、工程FMEA段階からの生産についてご要望をいただきました。
当社にて基板アートワーク設計を行い、筐体の板金部品設計においては組立効率化を目的としたVE提案を当社から実施いたしました。基板アートワークでは、電流容量を必要とする厚銅パターンであったため、はんだ上がりに配慮した設計が必要な基板でした。またピン数の多いコネクタはんだ付けが必要であったため、今回はロボットはんだ付けにて対応することで、精度と生産性を両立させました。ロボットはんだ付けや装置組立では、はんだ付けや組立の要求精度に従って、当社にて組立用治具を考案・設計・作製いたしました。
油圧制御ユニット
こちらは油圧制御ユニットです。基板サイズは100×50、製品サイズは150×70、400台／月のロット数でOEM生産いたしました。
成型機やプレス機に用いられる油圧制御ユニットで、お客様から基板回路や製品の設計をいただき、当社は基板実装用の治具製作から携わっています。
お客様による基板仕様に従って最適なはんだ量を確保するために、メタルマスクの開口設定に工夫を凝らしました。実装工程において、SMT工程では、各部品の実装要求に沿って実装条件やリフロー条件を設定し、IMT工程では、DIPパレットを自社で作製し、自動はんだ槽によって手挿入部品のはんだ付けを対応いたしました。
基板設計・実装のことなら、OEM・EMSパートナーズ.comまで！
当サイトを運営する日東電気グループでは、基板アートワークの設計から混載実装、各種検査までをワンストップで対応しております。国内大手メーカー様の基板設計・実装工場として、当社をOEM・EMS先に選定いただきましたら、お客様のパートナー企業として様々な角度から技術提案をいたします。さらに当社では、部品の調達からアセンブリの工程管理まで、すべて請け負いますので、お客様の調達・管理コストの低減にも努めます。
基板設計・実装のことでお困りの方は、OEM・EMSパートナーズ.comまでご相談ください。
