プリント基板

プリント基板（プリントきばん、短縮形）とは、基板の一種で、以下のふたつをまとめて指す総称。プリント基板は重要な電子部品であり、電子部品の支持体であり、電子部品が電気的に相互に接続されている担体である。電子印刷法を用いて作られたため、「印刷」回路基板と呼ばれている。
概要.
オーストリア人の発明家が考案した配線手法である。日本においては1936年（昭和11年）に成立した日本初のプリント配線板の特許が起源となる。集積回路、抵抗器、コンデンサー等の多数の電子部品を表面に固定し、その部品間を配線で接続することで電子回路を構成する板状またはフィルム状の部品。狭義には部品を含まない基板だけを指すが、広義には基板に電子部品を実装した状態も含む。主に、基材に対して絶縁性のある樹脂を含浸した基板上に、銅箔など導電体で回路（パターン）配線を構成する。いわゆるプリンテッドエレクトロニクスの一種であり、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、インクジェット、オフセット印刷など様々な印刷技術が駆使されている。
用語はJIS規格のJIS C 5603で以下のように定義されている。また、その参照元であるIECが制定したIEC 60194でも同様である。
これによるとプリント配線板（もしくはプリント板）が「電子部品がはんだ付けされておらず、配線だけの状態のもの」（ベアボード）、プリント回路基板（もしくはプリント回路実装品）が「電子部品がはんだ付けされて、電子回路として動作するようになったもの」と定義されることになる。実際にはプリント配線板のことをプリント基板、または単に基板と呼ぶ。生板（なまいた）、生基板（なまきばん）などの呼称もあるがこれは俗称である。プリント回路板のことはユニット、ボード、モジュール、パッケージ、アッシーなどの別名をあてることも多い。また、JISでの用語が示すとおり日本語における漢字表記は基板であり、基盤は誤りである。
同様に英文でも頭文字をとってPWBが基板単体、PCBが基板に部品を実装した物を指すことになるが、明確に使い分けをする場合も有る一方、混同して使用される、もしくは部品の実装の有無に関わらず一方のみを使用する例も有る。PCBは有害物質「ポリ塩化ビフェニル」の略語PCBとの混同を受けることが有る。
またプリント基板に関する標準規格は、IPC（）、JPCA（日本電子回路工業会）、KPCA（韓国電子回路産業協会）、TPCA（台湾）、CPCA（中国）などがある。
グローバル市場の状況.
世界全体のプリント基板メーカーは2014年時点で約2500社あり、このうち中国メーカーは1200社以上、次いで韓国・台湾・日本メーカーでほとんどのシェアを占めている。中国は世界最大のプリント基板生産地となっている。2012年のプリント基板の世界市場は約4兆円、プリント基板材料は約2兆円、およびその実装関連製品・装置は約2兆円規模となっている。
分類.
プリント基板は次のように3つに分類される
フレキシブル基板は薄くて柔軟性があることから、機器に組み込む際に自由度が高く、小型の電子機器などに使われている。コネクタ間を配線するためのフィルム状配線材も機能的にはケーブルであるがフレキシブル基板と呼ばれることがある。単にプリント基板と呼ぶ場合にはリジッド基板を指すことがほとんどである。
リジッド基板.
リジッド基板は曲げ変形しにくい板を指し、一般的には外力によって材料が変形しない能力を指す。次にリジッド基板のより詳細な分類を記す。
フレキシブル基板.
正式には「フレキシブル配線基板」(Flexible PWB) と呼ばれ、薄いポリイミドやポリエステルなどのフィルムで出来た基材の上に、薄い銅箔の配線パターンを持ち、表面を保護のための絶縁フィルムなどで被覆された配線基板。(業界俗別名「セミの羽」)
特長.
自由に折り曲げることが出来るほど薄くて柔軟であり、外形や中抜きも自由な形に比較的容易に加工できる。このため小型で外形が複雑なわりに多くの部品を詰め込む必要がある製品への使用が多い。また、複数のリジット基板間を接続する「ハーネス・ケーブル」の代わりに使われることもある。
問題点と不適な用途.
最後の2点によってそのままではヒートシンクが使えずに発熱の大きな部品は実装が困難となる場合があるが、基板の柔軟性を利用して筐体などを放熱器代わりにする方法がある。
これらの問題点を解決して、硬い基板と柔らかい基板の両方の長所を得られる、リジッドフレキシブル混成基板がある。
設計に関する技術.
プリント基板設計は、他の回路との相互接続、部品配置、機能、電気ノイズ、完成品の大まかな寸法などを考慮して誤差・公差解析を行い、これら要件に従って回路図・ネットリスト()を作成する。
次に使用する材料・部品を記したBOM (部品表)を作る。材料の選択は、動作環境、耐用年数を考慮し、インピーダンス整合を考慮する。実装する電子部品の選択は、スペック・入手性・予算・サイズなどを考慮する。
このほかドリルファイルなど製造するためのデータを盛り込まれ、基板の設計者と製造業者との間でやりとりされるデータは、ガーバーデータと呼ばれる。ガーバーファイルの出力には「Quadcept」、「」などのCAD・EDAツールが用いられる。市販のCADツールは、設計データがデザインルール（設計規則）に違反していないかを検証するためデザインルールチェック(DRC, )などの機能を有する（参照）。
製造性考慮設計（いわゆる）や動作温度範囲におけるにおいては、CAE・有限要素解析(FEM)などのシミュレーションが活用される（ダッソー・システムズ社のAbaqusなど）。
このようなプロセスで設計された試作の検証を繰り返し、最適化を図る。
基板実装に関する技術.
フローはんだは端子が狭ピッチ化したICの実装が困難であるなどの欠点があるが、リード部品を同時にはんだ付けできるため、リフロー･フロー工程を適宜組合わせて用いたり、工程に適した基板設計が行なわれる。1990年代以降の高密度実装の技術では主流である。表面実装用部品を (Surface Mounting Device、SMD) と呼ぶ。代表的なSMDとしてチップ部品、IC、LSIのSOP、QFP、BGAなどのパッケージがある。
回路パターンの作成法.
サブトラクティブ法.
全面に銅箔を張られた基板から、不要な部分を取り除いて回路を残す方法。
アディティブ法.
絶縁体基板に回路パターンを後から付け加える方法。銅パターンを形成したくない部分にレジスト（めっきレジスト）を形成し、レジストのない部分に電解または無電解めっきを施すことでパターンを形成する。アディティブ法にはフルアディティブ法、パートリーアディティブ法、セミアディティブ法などがある。日立化成、日立化成エレクトロニクス、イビデンなどはフルアディティブ法を採用している（なお、これらの企業はサブトラクティブ法による製造も行っている）。
切断.
プリント基板は、生産性を考慮して1m四方や1.2m四方程度の1枚の大きさの基板に複数の基板をまとめて面付けして製造されることが多い。あらかじめ基板には、各基板間にNCドリルやVカットで切れ目を入れておき、完成後に折ってそれぞれを分離する。
電気的特性.
高速デジタル回路.
デジタル回路でも低速の動作であればプリント基板の特性はあまり配慮の必要がいらないが、高速の動作が必要な高速デジタル回路ではプリント配線のパターンが理想的な銅線ではないことを理解して、銅配線パターンが作るインピーダンスへの配慮が必要となる。（）　具体的には信号の立ち上がりや立ち下りが1ns以下で配線長が5cm以上の場合に交流的な影響が出る可能性を考慮する必要がある（分布定数回路）。
主な欠陥（不良モード）.
回路欠陥のほかはんだ、レジストなどの欠陥によって様々な導通・絶縁の不具合をもたらす。この分野の詳細は電子回路工学、集積回路工学、を参照。