プリント基板（PCB）の構造と製造に必要なデータの種類（前編）

プリント基板の構造と製造用データ

電子機器の開発において不可欠なプリント基板（PCB）。本記事では、PCBの基本構造と、製造に必要なデータの種類について解説します。

1. プリント基板（PCB）の構造

PCBは電子回路を構成するために必要な導電パターンが形成された複合素材で作られています。一般的なPCBの構造は以下の通りです。

1.1 基本構造

• 単層基板（Single Layer PCB）
  • 片面にのみ導体パターンが形成されている基板。シンプルで低コスト。
• 両面基板（Double Layer PCB）
  • 基板の両面に導体パターンがあり、スルーホール（VIA）で電気的に接続。
• 多層基板（Multilayer PCB）
  • 3層以上の銅箔層を積層した基板。高密度実装に適しています。

1.2 各層の構成要素

• 基材（Substrate）
  • PCBの土台となる部分。FR-4（ガラス繊維とエポキシ樹脂）やポリイミドなどが使用されます。
• 導体層（Copper Layer）
  • 電流を流す銅箔層。エッチング加工により回路パターンを形成。
• 絶縁層（Dielectric Layer）
  • 電気的な絶縁を行う層。多層基板では層間絶縁の役割も担います。
• シルクスクリーン（Silkscreen）
  • 部品番号やマークを印刷する層。通常は白色ですが、他の色も選択可能。
• ソルダーマスク（Solder Mask）
  • はんだ付け不要な部分を覆う絶縁層。一般的には緑色ですが、多様な色が利用可能。
• スルーホール（Via）
  • 異なる層を接続する導電性の穴。種類として貫通ビア（Through-Hole）、ブラインドビア（Blind Via）、埋め込みビア（Buried Via）があります。

2. PCBの製造に必要なデータの種類

PCBの製造には、設計データを出力し工場へ渡す必要があります。主なデータ形式は以下の通りです。

2.1 ガーバーデータ（Gerber Data）

PCB製造の標準フォーマットで、各レイヤーの設計情報を含みます。

• 銅箔パターン（Top/Bottom Copper）
• ソルダーマスク（Top/Bottom Solder Mask）
• シルクスクリーン（Top/Bottom Silkscreen）
• ドリルデータ（Drill File / Excellon Format）
• 基板外形データ（Board Outline）

2.2 ネットリスト（Netlist）

回路の電気的接続情報を示すデータ。設計検査や製造後の電気的検査に使用されます。

2.3 部品配置データ（Centroid / Pick and Place Data）

部品実装時に必要なデータで、各部品の配置座標や回転角度が記載されています。フォーマットはCSVやテキスト形式が一般的です。

2.4 ドリルデータ（Drill File / NC Drill Data）

穴あけ加工のためのデータ。スルーホールやビアのサイズ、位置情報を含みます。

2.5 機械加工データ（Mechanical Drawing）

基板の外形寸法や切削加工、Vカット、ネジ穴の情報を示すデータ。DXFなどの機械CADフォーマットで提供されることがあります。

次回の記事では、これらのデータをどのように準備し、実際の製造工程へとつなげるのかを解説します。