「電子工作：ユニバーサル基板」についてご紹介｜「電子工作/修理/メンテナンス」

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今回は、「電子工作：ユニバーサル基板」についてご紹介します。

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電子回路が長期間にわたって安定に動作するには、どうしても、ハンダ付けによって電子部品を「基板」に実装する必要があります。電子部品を基板へ実装するときの信頼性が、製品の性能・信頼性を大きく左右するのです。

試作品も同様です。基板実装の主な目的は、電子部品を機械的に固定し、電気的に接続することですが、ハンダ付けの際の熱の影響も考慮しなくてはなりません。

電子回路用の基板は、「プリント基板」、「プリント配線板」や「プリント回路基板」とも呼ばれます。（今回はプリント基板で統一します。）

基板実装の母体になるもので、銅箔を除く部分は、絶縁体です。そのため、材料の主体はプラスチック樹脂で、これには大きく「リジッド基板」と「フレキシブル基板」があります。

リジッド基板は硬い平板に銅箔を張ったもので、フレキシブル基板は、狭い電子機器の中でも配置しやすいようフィルム状に作られた基板です。

また、特殊なものにはセラミック基板があり、さらに、ほうろう基板や表面酸化などによって表面を絶縁体化し、放熱性を向上させた金属基板などもあります。

プラスチック樹脂のプリント基板は、配線用導体として銅箔を接着剤によって張り合わせてあります。これを、銅張積層板といいます。大量生産の場合、銅張積層板をエッチングによって配線形成します。

さらに、ソルダレジストによって、電極以外の配線部を被覆し、ハンダが付着しないようにしています。大まかな工程は、次の4つです。

基本的にプリント基板は、何らかの回路が銅箔として張り付けてあるものを指しますが、その「回路」をできる限り簡略化したものがユニバーサル基板であるといえます。

その中でも代表的なのが、下記のドットパターンとICパターンです。電子回路を試作するにあたっては、これ2種類を必要に応じて使い分けることが望ましいのです。

また、ランドとランドの間隔は2.54mmであるものが一般的です。ここで「ランド」とは、ハンダを載せるための穴のあいた銅箔パターンのことを指します。

2本のラインは絶縁されているため、電源ラインとグラウンドラインとして使うことができます。横方向の3ピッチ分の幅で、8ピンや1416ピンなどのDIPを実装します。

ドットパターンは、多数のドーナツ形ランドを等間隔に配置したもので、リード線が付いた電子部品であれば、ほぼすべての実装が可能です。

ユニバーサル基板の断面構造としては、主に片面、両面および両面スルーホールがあります。

片面基板は、基材(絶縁材の板)の片面にだけランドがあるもので、反対側の「部品面」からリード部品を挿入します。比較的、低価格なユニバーサル基板で用いられる構造ですが、ランドの面積が小さいと、ハンダ付けの際に熱が集中しやすく、いとも簡単にランドがはがれ落ちます。

片面基板は、初心者向けのように見られる傾向があるようです。しかし、意外に思われるかもしれませんが、実際にはかなり繊細な加熱のコントロールが必要なのです。

次に両面基板は、ランドが基材の両面にあるものですが、双方のランド間には電気的な接続がありません。メリットとしては、両側からリード部品を実装できることが挙げられます。表と裏に、電気的に独立したスズメッキ線を配置することによって、複雑な配線をコンパクトにまとめることができます。

もう1つは、両面基板の貫通穴に無電解メッキをほどこし、両面のランド間を導通させた両面スルーホール基板です。1つのランド当たりの導体表面積が、片面と両面に比べて広くなることによって、ハンダ付けの信頼性が高まり、リード線の固定強度も向上します。

ただし、後ほどご紹介しますが、ユニバーサル基板で両面スルーホールの場合、スズメッキ線を配置した際のハンダ付けに手間がかかるというデメリットもあります。

そこでこのページでは、基板の構造によって用途や作業性が異なることを体験していただくために、多々あるユニバーサル基板の中から、以下4と5の2種類を取り上げることにしました。

下図は、(株)秋月電子通商で販売されているAE-6です。基板自体の強度が非常に高く、湾曲しにくいため、穴加工や切断する試作に適します。

一方、下記はサンハヤト(株)のICB-96GU、代表的なICパターンです。厚みが薄く軽いため、配線量の多いディジタル回路を作るときに作業しやすい基板です。

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