電子機器の核となる部品に、電子回路の構成を物理的に担う役割を持つものがある。それがプリント基板である。プリント基板は、電気信号を伝達し、各種電子部品を機械的に支持するという二つの主要な機能を果たしている。電子回路は数多くの部品が接続されることで初めて期待された動作を行う。その接続をスマートかつ確実に実現するため、プリント基板の設計・製造技術は年代を経るごとに高度化してきた。
プリント基板の誕生以前は、電線による手配線やラグ板、ベークライトなどを使って電子回路が組み立てられていたが、それらは量産に向かず、信頼性にも課題が多かった。このような課題解決の手法として、絶縁性基材上に導電パターンを印刷またはエッチングなどで形成するプリント基板が開発された。基材には耐熱性や機械的強度にすぐれたガラスエポキシや紙フェノール樹脂が一般的に利用される。表面に銅箔を貼り、その不要部分を化学的に取り去って回路を形成するエッチング法が幅広く使われている。片面のみに回路パターンを作るものは「片面基板」と呼ばれるが、高機能化や複雑化が進むにつれ、両面や多層構造の基板も登場した。
多層基板は複数の回路パターンを内層に積層して作ることで、高密度な電子回路の実装が可能となる。導通が必要な箇所にはビアと呼ばれる穴を設け、各層に必要な電子回路同士を縦方向に接続する。プリント基板が電子回路の生産現場に与えた影響は極めて大きい。手作業配線から解放され、大量生産による品質の均一化、配線のミス低減、作業工程の省力化が実現された。この結果、電子機器の製造コストが減少し、製品開発のサイクルも大きく短縮された。
さらに部品の小型化・高密度化により、それまで不可能だった多機能・高性能機器が現実のものとなった。電子機器の多くが複数枚のプリント基板を組み合わせて構成されており、それらを標準化されたコネクタ等で自在に接続することで、設計の柔軟性や保守性も飛躍的に向上している。プリント基板の設計は、従来はパターンや部品配置を手作業で行っていたが、現在では専用ソフトウェアを使って高精度に配置・配線を自動設計する手法が主流である。このソフトによって間違いの起きにくいレイアウト設計や、高周波特性を考慮したパターン設計が可能になり、信頼性の向上に寄与している。設計データはそのまま製造現場に送られるため、効率的な工程管理やトレーサビリティの実現にもつながっている。
同じ電子回路であっても、プリント基板の設計差異によって性能や耐久性に大きな差が生じることがあるため、高度な設計ノウハウが求められる。製造工程においてプリント基板の品質は特に重要であり、穴あけ、銅めっき、エッチング、ソルダーレジスト塗布、シルク印刷、最終的な外形加工など、複数の精密なプロセスを経て完成される。完成度を左右する主な要素として、導体幅や導体間隔、層間絶縁、スルーホールの内壁品質等が挙げられる。導体幅が細い場合や穴径が小さい場合には、高度な製造設備と厳密な工程管理が不可欠となる。さらに、近年の電子機器に搭載される部品は脚の間隔が非常に狭くなりつつあり、それに対応した微細パターン形成技術が標準となりつつある。
プリント基板はメーカーごとに強みや得意分野が分かれている。大量生産に適した標準品を主に生産するメーカーもあれば、高多層・高精密加工や特殊材料を用いた少量生産に特化するメーカーも存在する。それぞれのメーカーは発注者のニーズに応じて設計や工程管理、工程の自動化、品質保証など様々な取り組みを行っている。ものづくり現場では試作・評価といった段階にもスピード対応が求められるため、短納期や小ロット対応力も評価対象となる。電子回路の高機能化に伴い、熱対策やノイズ対策、機械的強度向上、防水・防塵など環境耐性の向上といった新たな要素技術も加わってきている。
材料だけでなく、多層構造・組み込み型部品を活用する事例も増えている。また、使い終えた電子機器のプリント基板を回収・分別し、銅や貴金属、レアメタルを再資源化するリサイクル技術も注目されている。ものづくりの現場や設計者にとって、プリント基板は電子回路の性能や信頼性を左右する極めて重要な構成要素の一つである。今後も電子機器の高度化・小型化が続く限り、プリント基板関連技術はその中心を担い、さらに進化していくことが確実と考えられている。今やほぼ全ての生活家電や通信機器、車載システム、産業用機器等に不可欠な存在となったプリント基板。
電子回路を形作るこの要となる部材の技術は、これからも絶え間ない発展が求められ、その未来は広がり続けている。プリント基板は、電子回路の構成を物理的に支える重要な部品である。絶縁性基材の上に銅箔などで回路パターンを形成し、各種電子部品を機械的に支持すると同時に信号の伝達を担う。かつての手作業による配線に比べ、大量生産性や信頼性の向上、配線ミスの削減、省力化など多くの利点をもたらした。基板は片面だけでなく、両面や多層化により高密度実装が可能となり、ビアによる層間接続技術も発展してきた。
設計はかつて手作業だったが、現在は専用ソフトウェアによる自動設計が主流となり、高精度な配置・配線や製造現場へのデータ連携、トレーサビリティも実現している。製造ではエッチングや穴あけ、銅めっきなど精密な工程管理が要求され、微細化や多層化によりさらに高い技術力が求められている。メーカーによって大量生産向け、少量精密対応、特殊材料使用など得意分野が分かれ、納期や小ロット対応も競争力となる。近年は熱・ノイズ対策、機械的強度や環境耐性の強化、組み込み部品やリサイクル技術も重要になっている。プリント基板は電子機器の性能や信頼性を左右する不可欠な存在であり、今後も電子機器の進化とともに絶えず進歩し続けていく。