究極の回路基板部品ガイド - タイプ、選択、アセンブリ

回路基板は、市販されているほとんどの電子機器の基盤である。それらを作るとき、私たちは望ましい性能を達成するために適切なタイプの回路基板部品を選択しなければなりません。

だからこそ、エレクトロニクスを理解し、自分で組み立てるには、その仕組みを知ることが重要なのだ。

以下のガイドでは、使用目的に合った回路基板部品の選び方をご紹介します。

回路基板部品の種類

回路基板を構成する部品には様々なものがあり、その複雑さは様々です。ここでは、最も一般的な回路基板部品の種類を紹介する：

1.パッシブ・コンポーネント

回路基板部品の種類受動電子部品

受動部品とは、電源を持たない部品のことである。電源からエネルギーを消費するが、電圧や電流は発生しない。受動部品は、半導体や絶縁体でできている場合がある。

目的

パッシブコンポーネントには3つの目的がある：

回路に流れる電流を減らすと抵抗が増加する。
回路の電圧制限。
電界や磁界の形でエネルギーを蓄える。

一般材料

銅
ニッケル
シルバー
パラジウム

メリット

受動回路基板部品の利点は以下の通り：

これらは比較的安価だ。
軽量で小型。
1つのチップまたは1つのボードで、他のコンポーネントと統合することができる。
受動部品は損失が少ないため、能動部品とは異なり、広い周波数範囲（10 Hz～100 kHz）で使用できる。

アプリケーション

電源： 整流器、コンデンサー、フィルターに使用される。
オーディオ・アンプ： フィルター、コンデンサー、インダクターに使用される。
フィルター コンデンサー、インダクター、抵抗器などに使用され、不要な周波数を除去する。
医療機器： センサーや監視装置に使用される。
航空宇宙技術： センサー、ナビゲーション・システム、通信機器に使用される。
産業オートメーション： センサー、スイッチ、制御システムに使用される。

一般的なタイプ

最も一般的な受動部品の種類は以下の通り：

抵抗器 は、電流がそれらを通過するときに熱または抵抗を生成することによって、回路を流れる電流を制限するために使用される。
コンデンサー 空気やプラスチックなどの絶縁体で隔てられた2枚の導電性プレートに反対の電荷を蓄積することにより、電気エネルギーを蓄える。
インダクタ 電流を流すと、周囲に電磁場が発生する。

2.アクティブ・コンポーネント

回路基板部品の種類能動部品

能動部品とは、何かをする回路の部品である。トランジスタ、ダイオード、アンプなどがある。

単純な回路では、能動部品にはプラスとマイナスの2つの端子がある。プラス端子は通常、部品に＋記号でマークされ、マイナス端子は-記号でマークされる。部品のもう一方の端には、ベースと呼ばれる接続点がある。これには通常3本のピンがある：

一つは電源用、
グラウンド用
と、＋端子を指す矢印のついたもの。

能動部品は、増幅やスイッチングなど、何らかの機能を果たすためにほとんどの回路で使用される。

目的

これらのデバイスは、増幅またはスイッチ電気信号を高速で流す。電気の流れを変えるだけでなく、経路を切り替えることもできる。

一般材料

回路基板の能動部品に使われる材料には、以下のようなものがある：

銅箔または銅張積層板（Cu）
アルミニウム導体は、基板に直接メッキされるか、電気メッキを使って銅の厚い層が印刷される。
はんだマスク腐食や短絡を防ぐため、露出した銅配線やパッドを覆う
エッチング時の保護膜、はんだ付け時のソルダーマスクとして使用されるフォトレジスト。

メリット

これらは、アクティブ・コンポーネントの利点の一部である：

受動部品より小さい
PCB上に他の部品用のスペースを確保する。
低消費電力
エネルギー変換効率が高い。そのため、外部から消費するエネルギーよりも多くのエネルギーを電気に変換することができる。

アプリケーション

以下は、回路基板の能動部品の用途である：

周波数制御： 能動部品は周波数制御において重要な役割を果たす。この結果、デバイスは特定の周波数で動作または機能する。
増幅： 増幅は、アクティブ・コンポーネントのもう一つの用途である。これは、信号の振幅を増大させるからである。
電圧調整： 能動素子回路のもう一つの応用は電圧調整である。入力電圧の変動にかかわらず、出力電圧の調整に役立ちます。
スイッチング動作： スイッチング動作は、能動部品回路のもうひとつの応用例で、交流電源（ソース）を挟んで接続されたままの負荷をオン／オフするために使用する。

一般的なタイプ

現在入手可能なアクティブ・コンポーネントには、さまざまな種類がある。いくつかの例を挙げよう：

トランジスタ： 増幅やスイッチングに使用できる。エミッタ、ベース、コレクタがトランジスタを構成する。
ダイオード： これらは電流を一方向にしか流さない。3本のリード線（陽極、陰極、ゲート）がある。

集積回路（IC）： これらのシリコンチップには複数のトランジスタが含まれている。ほとんどのコンピューターは、中央処理装置（CPU）を制御するためにこれを使用している。

3.電気機械部品

回路基板部品の種類電気機械部品

モーターが回転するなどの機械的な変化が電気信号によってもたらされる場合、そのコンポーネントは電気機械式である。これらは通常、電流を使って磁場を発生させ、物理的な動きを作り出します。このカテゴリーには、あらゆる種類のリレーやスイッチが含まれる。

目的

回路基板では、電気機械部品が2つの面間の導電経路として機能する。

一般材料

電気機械部品の製造には、さまざまな材料が使用される。最も一般的なものをいくつか紹介しよう：

金属合金
プラスチック
ゴムとエラストマー
ガラス

メリット

電気機械部品には次のような利点がある：

ポジショニングとスピードの精度が高い。
ノイズが少ない。
耐用年数が長く、メンテナンスや交換なしで何年も使用できる。
取り付けが簡単で軽量。

アプリケーション

トランスデューサー： センサー、マイク、スピーカーは、これらのデバイスを使って機械的な動きを電気信号に変換する。
センサー： 温度、圧力、運動は、自動車、航空宇宙、医療などのさまざまな用途で、これらの装置を使って測定することができる。
発電機： 発電所、風力タービン、水力発電所に見られる電気機械式発電機は、機械エネルギーを電気に変換する。

一般的なタイプ

いくつかのタイプがある：

リレー： 低電圧回路が高電圧回路を制御できるようにする装置で、電力および産業用アプリケーションで一般的に使用される。
スイッチ 電気回路の接続や切断に使用でき、押しボタン、トグル、ロータリー、スライドスイッチなどがある。
コネクター： 2つ以上の電気回路を接続。USB、オーディオ、ビデオ、電源タイプがある。これがないと電子機器は正常に機能しない。

回路基板部品の選び方

最初にすべきことは、回路基板に何をさせたいかを決めることです。単純なタイマーを作るのか、それとも高度なセンサーを作るのか？

これにより、必要な部品の種類を絞り込むことができる。

機能性： 回路基板に要求される機能に合致する部品を選択すること。
サイズ ボードの物理的寸法に収まる部品を選択する。
パワーだ： 回路に必要な電力を処理できる部品を選ぶこと。
空室状況 必要な部品が簡単に入手でき、在庫があることを確認する。
コストだ： コンポーネントのコストとプロジェクト全体の予算とのバランスをとること。
信頼性： 信頼性が高く、寿命の長い部品を選ぶ。
メーカーの評判 回路基板に使用する部品を選ぶ際には、そのメーカーの創業年数と出荷実績を見てください。信頼と実績のある回路基板部品メーカーをお探しの方へ、ランギールは素晴らしい選択肢だ。

回路基板の設計とレイアウト

回路基板設計において適切な部品を選択することは、最適な性能、信頼性、費用対効果を実現する上で極めて重要です。適切な部品選定は、部品の互換性と可用性も保証します。

回路基板設計に適切な部品を選択するためには、経験豊富なプロバイダーに相談し、指導を受けることが不可欠です。

異なるコンポーネント・タイプを使用した回路基板レイアウトのベスト・プラクティス

ここでは、さまざまな部品タイプの回路基板レイアウトのベストプラクティスを紹介する：

パッシブ・コンポーネント：

受動部品は、接続するICやコネクタの近くに置く。
フィルタリングや信号カップリングなどのグループ受動部品は、同じ機能のために使用される。

有効成分：

信号の干渉を最小限に抑えるため、回路基板の中央にアクティブ部品を配置する。
ノイズを低減するために、アクティブ回路基板コンポーネントの近くにデカップリングコンデンサを使用する。

コネクター：

コネクタは、アクセスしやすいように回路基板の端に配置する。
コネクタの向きを一定にし、適切なアライメントを確保する。
干渉を防ぐため、コネクタ間に適切な間隔を確保してください。

電源とグラウンド：

ノイズを最小限に抑えるため、電源とグランドには別々のプレーンを使用すること。
電源とグランドのトレースは、必要な電流を処理するのに十分な幅がある。

高周波コンポーネント：

高周波コンポーネントは、寄生容量とインダクタンスの影響を最小化できる場所に配置する。
信号損失を最小限にするため、高周波部品には短いトレースを使用する。
信号の干渉を最小限に抑えるため、専用のグランドプレーンを使用してください。

回路基板アセンブリ

回路基板アセンブリとは、回路基板に電子部品を組み込み、機能する電子機器を作ることである。この工程には、部品の選択、プリント基板（PCB）のレイアウト、組み立て工程など、いくつかのステップが含まれます。

組立方法の種類

回路基板の組み立てには、主に2つの方法がある：

スルーホール

回路基板組立方法スルーホール

スルーホールアセンブリーは、最も一般的で最も単純なものである。手作業でも自動装置でも組み立てられる。

表面実装

基板実装方法表面実装

表面実装アセンブリは、サイズが小さくリード間のピッチが狭いため、組み立てがより困難です。ウェーブはんだ付けやリフローはんだ付けにより、自動的にはんだ付けされることが多い。

表面実装部品はスルーホール部品に比べて熱応力に対する耐性が低いため、組み立て前に部品を複合試験し、はんだ付け時の熱衝撃を避けることが重要です。

組み立て前の部品テスト

組み立て前に回路基板部品をテストすることで、仕様に適合し、適切に機能することを保証します。このプロセスを使用することで、製品の故障につながるコストのかかるエラーを防ぐことができます。

はんだ付け時の熱衝撃を避ける

はんだ付けの過程で、部品の温度が急激に変化すると、熱衝撃が発生することがあります。これは部品やPCBに損傷を与える可能性があります。熱衝撃を防ぐため、プリント基板と部品は徐々に加熱・冷却し、損傷のリスクを減らす必要があります。

はんだ付け技術と組立装置

はんだ付けの技術や設備には、ウェーブはんだ付け、リフローはんだ付け、手はんだ付けなどがある。生産量やはんだ付けされる部品の種類によって、設備は異なります。

回路基板部品のトラブルシューティング

回路基板部品には、故障、損傷、誤った取り付け、互換性の問題など、さまざまな問題が発生する可能性があります。これらの問題のトラブルシューティングと診断には、さまざまな部品の種類と診断ツールの知識が必要です。

回路基板部品の一般的な問題

回路基板とその部品には、以下のような問題が起こりやすい：

失敗だ： 過電圧、過熱、不適切な取り扱いにより、回路基板の部品が故障することがあります。
ダメージだ： 部品は、取り扱い、組み立て、操作中に損傷し、回路基板の故障の原因となることがあります。
誤った取り付け： 誤った取り付けにより、極性の反転や位置ずれなどの問題が発生する可能性があります。
互換性の問題： 一部の回路基板部品は、PCBや他の部品と互換性がない場合があります。

各種コンポーネントのトラブルシューティングと診断

受動部品や能動部品の問題をトラブルシューティングするために、マルチメーター、オシロスコープ、ロジックアナライザーなど、さまざまな診断ツールが用意されています。これらのツールは、不良部品やトレースの断線などの根本原因を特定します。

リワーク・テクニック

リワーク技術とは、PCB上の損傷した部品を修理または交換することである。技術には、はんだ除去、熱風リワーク・ステーション、はんだごてなどがあります。PCBや部品へのさらなる損傷を防ぐためには、適切なリワーク技術に従うことが不可欠です。

回路基板部品の未来

オートメーション、小型化と人工知能（AI）は、回路基板部品の将来の開発に影響を与えるだろう。

より複雑な電子機器の需要が高まるにつれ、より小さく、より効果的な電子部品が求められている。ここで重要な役割を果たすのがナノテクノロジーである。ナノテクノロジーは、ナノメートル（nm）または10億分の1メートル単位で測定される材料を使用する。

ナノスケールの製造技術の利点は、以下のように数多くある。

性能と効率の向上における小型化
欠陥の減少による耐久性と信頼性の向上
そしてエネルギー消費量の低減。

AIシステムは、輸送、ヘルスケア、その他の産業で使用するために開発されてきた。ここ数年、AIベースのシステムは、画像識別、物体認識、音声認識、翻訳などの高度なタスクに、人間の介入を必要とせずに使用されるようになってきている。人間が理解できないパターンを特定することで、膨大なデータセットに対する洞察を提供する。

機器のサイズは小さくなっているが、性能は小型化の流れのおかげでこれまで以上に加速している。この傾向により、生産者は高性能な製品を可能な限り低コストで生産できるようになった。