PCB（プリント基板）は、携帯電話、パソコン、ラジオ、照明器具といった電子機器の中核部品として、もはや私たちにとって馴染み深い存在です。PCBの発展がなければ、これらの電子機器がもたらす利便性を享受することはできなかったでしょう。そこで、ある疑問が浮かびます。PCBの発展の歴史とは一体どのようなものなのでしょうか？この記事では、その疑問について考察していきます。
PCBの歴史における発展過程のマイルストーン
PCB 開発プロセスは、以下に挙げるいくつかの重要な段階に分けて学ぶことができます。
萌芽期（1900年代～1920年代）
1903年、著名なドイツ人発明家アルバート・ハンソンがイギリスの特許を出願し、電話交換システムに使用されていた「電線」を利用するという先駆的な概念を考案しました。金属箔で線路導体を切断し、線路導体の上下にパラフィン紙を接着し、線路の交差点にビアホールを設けることで、異なる層間の電気的相互接続を実現しました。これは現代のPCB製造方法とは異なります。当時はフェノール樹脂が発明されておらず、化学エッチング技術も成熟していませんでした。アルバート・ハンセンが発明した方法は、現代のPCB製造の原型であり、その後の発展の基盤となったと言えます。
発展段階（1920年代～1940年代）：
1925年、アメリカのチャールズ・デュカスが、絶縁基板に回路パターンを印刷し、その後めっきを施すことで配線用の導体を作るという革新的なアイデアを思いつきました。この時に「PCB」という用語が生まれました。この方法により、電気製品の製造が容易になりました。
1936年、「プリント回路の父」として知られるオーストリアのパウル・アイスラー博士は、イギリスで箔フィルム技術を発表し、ラジオ用として最初のプリント回路基板を開発しました。アイスラー博士が用いた手法は、今日のプリント回路基板に使用されている手法と非常によく似ています。この手法はサブトラクションと呼ばれ、不要な金属部品を取り除くことができます。
1943年頃、ポール・アイスラーの技術発明は、第二次世界大戦で使用された近接信管の製造にアメリカ合衆国で大規模に利用されました。同時に、この技術は軍用無線機にも広く利用されています。
ターニングポイント（1948年）：
1948年は、PCBの歴史発展における転換点となりました。アメリカ合衆国がプリント回路基板の発明を正式に商業利用を認めたのです。当時、PCBを使用した電子機器はほとんど存在しませんでしたが、この決定はPCBの開発と応用を大きく促進しました。
繁栄期（1950年代～1990年代）
1950年代から1990年代にかけて、PCB産業が形成され、急速に成長しました。つまり、PCBが産業となったPCB産業化の初期段階です。
1950 年代には、エレクトロニクス市場でトランジスタが使用されるようになり、電子機器のサイズが効果的に縮小され、PCB の組み込みが大幅に容易になりました。さらに、電子機器の信頼性も大幅に向上しました。
1953年、モトローラ社は電気めっきビアを備えた両面基板を開発しました。1955年頃、日本の東芝は銅箔の表面に酸化銅を生成する技術を導入し、銅張積層板（CCL）が登場しました。これらXNUMXつの技術のおかげで、多層プリント基板が発明され、広く利用されるようになりました。
1960 年代には、プリント基板が広く使用されるようになり、PCB 技術はますます進歩し、多層プリント基板の普及により、配線と基板面積の比率が効率的に増加しました。
1970年代には、 多層PCB高精度・高密度、精緻なラインを描く小さな穴、高い信頼性、低コスト、そして自動化生産を目指して、PCB設計は依然として手作業で行われていました。PCBレイアウトエンジニアは色鉛筆と定規を使って透明なポリエステルフィルムに回路図を描いていました。描画効率を向上させるため、一般的なデバイス向けにパッケージテンプレートと回路図テンプレートを複数作成しました。
1980年代には、表面実装技術（SMT）は、その時代に徐々にスルーホール実装技術に取って代わり、主流となり始めました。そして、デジタル時代へと突入しました。
成熟期（1990年代～現在）
パソコン、CD、カメラ、ゲーム機などの電子機器の発展に伴い、PCBのサイズも大きく変化しました。これらの小型電子機器にフィットするように、PCBのサイズも縮小する必要があります。
コンピュータ化設計により、PCB設計の多くの工程が自動化され、小型軽量の部品を用いた設計が容易になりました。部品サプライヤーは、消費電力を削減することでデバイスの改善を図る必要がありますが、同時にコスト削減の問題も考慮する必要があります。
2000年代には、PCBはより複雑になり、機能も増える一方で、サイズは小型化しました。特に多層化とフレックス回路設計の進歩により、これらの電子機器はより使いやすく、より高機能になり、PCBの小型化と低コスト化が実現しました。
21世紀初頭、スマートフォンの登場がHDI PCB技術の発展を牽引しました。レーザードリルによるマイクロビアは維持しつつも、スタッガードビアはスタックビアに置き換えられ、「任意層」構造技術との組み合わせにより、HDI基板の最終的な線幅／線間隔は40μmに達しました。
この任意層法は依然としてサブトラクティブプロセスに基づいており、モバイル電子機器製品においては、ほとんどのハイエンドHDIが依然としてこの技術を使用していることは間違いありません。しかし、2017年にはHDIは新たな発展段階に入り、サブトラクティブプロセスからパターンめっきに基づくプロセスへの移行が始まりました。
PCB業界に影響を与える主なトレンド
現在、様々な種類のプリント基板が リジッドPCBリジッドフレックス基板、多層基板、HDI基板は市場で広く普及しており、幾度もの進化を遂げてきました。人々のニーズは常に進化し続け、今後もこうした進化は続くと確信しています。
さて、ここでもう一つ疑問が浮かびます。PCBは今後どのようなトレンドへと発展していくのか、考えたことはありますか？ウェアラブル電子機器、電子補聴器、血糖値測定器、電気自動車や航空宇宙などの分野におけるインテリジェントデバイスなど、消費者市場における電子製品の新たな用途が出現するにつれ、PCBの設計、材料、製造に対する要求はますます高まっています。以下は、PCB業界の将来に影響を与える5つの主要なトレンドです。
モノのインターネット
モノのインターネット（IoT）は、輝かしく無限の未来を秘めた産業です。この技術はあらゆるものをインターネットに接続し、互いにデータを共有することで通信を可能にします。人々の生活はよりスマートで便利になります。通常、IoTデバイスにはセンサーとワイヤレス接続機能が必須です。そのため、これらの要件を満たすためにPCBを進化させる必要があります。
例えば、BLEブレスレットやその他のポータブルデバイスといった小型IoTデバイスには、同じ機能を持つより小型の部品が必要です。PCBも小型化が求められますが、同時により複雑な部品を搭載する必要があります。これは、IoT市場に参入し、そこから利益を得たいと考えているPCBメーカーにとって、課題であると同時にチャンスでもあります。
フレックスPCB
近年では フレックスPCB PCB開発において、フレキシブルプリント基板（FPC）市場は急速にシェアを拡大しています。https://www.www.grandviewresearch.com に掲載されている以下の図をご覧ください。これは、2015年から2025年までのアジア太平洋地域におけるフレキシブルプリント基板（FPC）の市場規模を示しています。この図からわかるのは、市場規模全体が継続的に拡大していることです。フレキシブルプリント基板が使用される業界は、電子機器や通信から航空宇宙、自動車まで多岐にわたります。フレキシブルプリント基板の需要は、今後ますます飛躍的に増加するでしょう。
では、なぜフレックスPCBがこれほど人気なのでしょうか？その理由はいくつかあります。まず、フレックスPCBは他の種類のPCBよりも小型なので、省スペース化が可能です。また、性能と信頼性が向上し、過酷な環境にも耐えることができます。
高密度相互接続（HDI）PCB
高密度相互接続PCBの利点は、信頼性と高速信号、小型、軽量であることなどです。さらに、HDI PCBのトレース幅ははるかに狭く、配線密度も高いため、エンジニアは小さなスペースでもより多くの機能と電力を詰め込むことができます。HDI PCBでは層構造の必要性が減るため、それに応じて製造コストを削減できます。これらの優れた特性により、 HDIPCB 多くのデバイスやアプリケーションにおいて重要なコンポーネントになりつつあります。
現在、人々は航空宇宙用途、軍事通信、医療診断ツール、ウェアラブル技術など、あらゆる場所で利用可能な自動デバイスの使用を好んでいます。一方で、より高速な信号を扱う小型部品の必要性が高まっており、これが高密度相互接続PCBの必要性につながっています。
ハイパワーPCB
ハイパワーPCBは、48Vを超える電圧に対応できるPCBの一種で、薄型・軽量化に加え、効率、放熱性、耐久性が向上しています。最新のハイパワーPCBは、放熱性が向上し、より高い耐熱性を備えています。バッテリーパッケージの改良により、この種のPCBはより長時間の動作が可能になります。
このトレンドの出現は、数百Vの電圧を必要とする電気自動車の需要増加によるものです。さらに、持続可能なコンセプトを重視する人が増えており、24Vまたは28Vの電圧を必要とするソーラーパネルの需要も高まっています。つまり、高出力PCBは、現在そして将来において、より幅広い用途に活用できるということです。
市販のソリューション
PCB業界におけるもう一つのトレンドは、PCBモジュール、コンポーネント、ボードなどを含む、COTS（商用オフザシェルフ）ソリューションです。COTSコンポーネントの特徴は、既存のシステムに簡単にインストールできるように設計されており、非常に便利であることです。COTSを使用することで、コンポーネントの標準化と信頼性が向上すると考えられています。では、COTSがどのような用途で使用されているのか疑問に思われるかもしれません。実際、航空宇宙産業は、主要なプロジェクトのコストを削減し、品質と安全性を確保しながらプロジェクトを迅速に完了するためにCOTSが使用されている主要な分野の一つです。
結論
開発プロセスを振り返ると、PCB業界は常に更新と進化を続けています。技術が絶えず進歩する現代において、PCBは重要な役割を果たしています。これらのトレンドが私たちに何をもたらすとしても、変わることのないものが一つあります。それは、PCBが常に必要とされるということです。
しかし、PCB業界の進化と発展に伴い、設計と製造の両方に劇的な影響が及ぶ可能性があります。したがって、プリント回路基板メーカーが競争力を維持したいのであれば、人々の増大するニーズに応えるために、PCBの組み立て、設計、製造に変化を加えるなど、トレンドに対応するための革新的な取り組みが不可欠です。
中国を代表するPCB設計・製造会社であるMOKOは、PCB業界で16年以上の経験を誇り、専門の研究開発チームを擁しています。常にPCB業界のトレンドを追っています。PCBについてご質問はございませんか？ お問い合わせ一緒に PCB の世界に飛び込んでみましょう!
