PCBAとは？種類、PCBAのプロセス、PCBとの違いを理解する

2020 年 4 月 6 日

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PCBA（プリント回路基板アセンブリ）は現代の電子機器の中核を成しており、今日私たちが使用するコンパクトで効率的、そして信頼性の高い電子製品はすべてPCBAに依存しています。しかし、初心者の中にはPCBAについてよく知らない人もいるかもしれません。そこで、PCBAの種類、製造プロセス、PCBAの試験方法など、PCBAを包括的に紹介するこの記事を書くことにしました。まずはPCBAの定義から見ていきましょう。

PCBA とは何ですか?

PCBAとは、すべての電子部品がプリント基板（PCB）上にはんだ付けされた完成基板を指します。そして、基板上に部品を組み立てる工程はPCBアセンブリと呼ばれ、電子機器の製造において非常に重要な役割を果たします。PCBAの主な目的は、電子機器の本来の機能を実現するために、必要な電子部品が調和して動作するようにサポートするプラットフォームとして機能することです。

PCBAの種類

組み立て技術に応じて、PCBA は SMT PCBA、スルーホール組み立て PCBA、および混合技術 PCBA の 3 種類に分けられます。

SMT基板

SMT PCBAは、その名の通り、表面実装技術部品をPCBに直接実装し、リフローはんだ付けによって配線に接続する方式です。SMT部品は比較的小型で、PCBの両面に実装できるため、コンパクトな設計が可能です。表面実装部品を搭載したPCBAは、その優れた性能と省スペース性から、多くの電子製品に採用されています。BGAアセンブリは、プロセッサやメモリチップなどのアプリケーションにおける高密度接続において特に重要です。

スルーホール組み立てPCBA

スルーホール実装PCBAとは、スルーホール技術を用いて電子部品を実装したプリント回路基板を指します。この実装方法では、部品のリード線をPCBに開けた穴に通し、反対側ではんだ付けします。この実装技術には、機械的な接合部の改善や試作の迅速化などの利点があります。しかし、小型で高密度なPCB設計には適していません。スルーホールコンポーネントは、表面実装デバイス（SMD）。

混合技術プリント基板アセンブリ

複合技術プリント基板アセンブリでは、スルーホール部品と表面実装部品が同一の基板上に使用されます。この種のPCBAは、スルーホールと表面実装の両方のアセンブリ技術の利点を活用します。通常、機械的に安全なスルーホール接続と、高密度実装を可能にする表面実装技術を組み合わせた設計に適用されます。

PCBAとPCBの違い

PCBとPCBAは非常によく似た用語で、電子業界の初心者はしばしば混乱します。では、PCBとPCBAの違いは何でしょうか？

PCBは、様々な部品を電気的に接続する非導電性基板と導電経路で構成される基盤プラットフォームとして機能しますが、電子部品は取り付けられていません。基本的には、部品の追加を待つ空白の基板です。一方、PCBAは製造プロセスの次のステップであり、抵抗器、コンデンサ、その他の電子部品が実装されます。集積回路（IC） PCB にはんだ付けされ、電子機器で使用できるように完全に組み立てられ機能的な回路基板になります。

以下に、PCB と PCBA の主な違いをまとめた表を示します。

機能	PCB	PCBA
	導電性トラックを備えたベアボード	コンポーネントを備えた完成したボード
コンポーネント	コンポーネントが接続されていません	基板にはんだ付けされた部品
Functionality	単独では機能しない	電子機器で使用可能
複雑	よりシンプルな	より複雑
費用	低くなる	高額（部品と組み立てを含む）
テスト	基本的な電気テスト	機能テストと品質テスト
生産する時間	ショーター	長い（組み立て時間を含む）

PCBAプロセス：ステップバイステップガイド

PCBA プロセスには、機能的なプリント回路基板を組み立てるためのいくつかの重要なステップが含まれます。

はんだペーストステンシル：この工程は、部品をはんだ付けする回路基板上の特定の領域に、はんだペーストを塗布することから始まります。このペーストは主に錫ボールで構成されていますが、少量の銀と銅、そして基板上での溶融と固定を助けるフラックスが含まれています。
ピックアンドプレース: 電子部品と SMD は、手動のピンセットを使用してボード上に配置され、場合によっては機械を使用して適切な位置に配置します。
リフローはんだ付け：リフローはんだ付け基板は、最高 250°C に達するオーブンのコンベアベルトにさらされ、そこではんだペーストが溶けて、冷却時に基板上のコンポーネントが固まります。
検査と品質管理: リフロー後、接続不良や誤接続がないか検査し、すべてのリードが基板上にしっかりとはんだ付けされていることを確認します。
スルーホール部品の挿入：一部の回路基板では、スルーホール部品を使用する必要があります。これらの部品は、ある層から別の層へ信号を送るために、PCBに穴を開ける必要があります。この工程は、手作業でも機械でも行うことができます。
手はんだ付けとウェーブはんだ付け：手はんだ付けは、個々のPTH部品の実装に使用されますが、これは時間のかかる作業です。もう一つの方法はウェーブはんだ付けで、基板を溶融はんだの上に通過させて部品を固定します。ただし、ウェーブはんだ付けは、両面PCBAには適していません。
参考文献：ウェーブはんだ付けとリフローはんだ付けの違いは何ですか?
テストと最終検査: 最後のステップでは、発生する可能性のある問題を特定するために、電圧、信号、電流などのさまざまなオプションを使用して、製品を実際の動作条件でテストする厳密な機能テストが行われます。

一般的なPCBAテスト方法

インサーキットテスト（ICT）：一般的に用いられるテスト手法で、複数の接触点を持つネイルベッドフィクスチャを用いて基板上の複数のポイントに同時に接触します。この手法では、個々の部品の存在、向き、基本的な動作を確認します。ICTは他の手法と比較して高速かつ非常に効率的ですが、基板のレイアウトごとにカスタマイズされたフィクスチャを使用する必要があります。
フライングプローブテスト（FPT）： ftp 拡張子FPTでは、プローブを可動式に使用して基板上の様々なポイントをテストします。ICTと比較して、専用の治具を必要としないため、より柔軟性があります。ただし、大量テストではICTよりも比較的遅くなります。
自動光学検査 (AOI): 高解像度カメラと画像プロセッサを使用して、部品の欠落、部品の配置ミス、はんだ付けの問題など、回路基板の欠陥を探す装置システムです。 AOI 効率的で非接触の検査ですが、内部の欠陥や隠れた欠陥を見逃してしまう場合があります。
自動X線検査（AXI）：この検査方法では、X線を用いて部品やはんだ接合部の内部構造を検査します。この方法は、BGA（ボールグリッドアレイ）などの隠れた接続部の評価に特に有効です。AXIはAOIよりもコストがかかりますが、検査範囲ははるかに広くなります。
機能テスト（FCT）：実際の動作環境を模倣することで、ボードの機能を評価するために実施されます。FCTは非常に時間のかかるプロセスであり、専用のテスト機器を用いて実施する必要があります。しかしながら、ボードが設計どおりに動作していることを確認するために、FCTは不可欠です。

最適な PCBA メーカーを選択するにはどうすればよいでしょうか?

製品の品質と信頼性を確保するには、最適なPCBAメーカーを選ぶことが不可欠です。以下に、PCBA製造パートナーを選ぶ際に考慮すべき重要な要素を挙げます。

品質管理

品質は常に最優先事項です。PCBAメーカーを選択する際には、基準を満たしているか、ISO9001などの認証を取得しているか、そして厳格な品質管理システムを備えているかを考慮する必要があります。

技術的熟練

お客様のプロジェクトに取り組むには、PCBAメーカーはプロジェクトの仕様を満たす能力を備えている必要があります。これには、スルーホール実装や表面実装といったPCBAの様々な技術を扱うスキル、様々な部品や材料を扱う能力、そして製造能力が含まれます。

価格

品質は非常に重要ですが、PCBAの製造においてはコスト要因も無視できません。当社にとって、手頃な価格で高品質な製品を提供するPCBAメーカーと提携することが常に理想的です。

制作タイムライン

もう一つの重要な考慮事項は、PCBAの製造にかかる時間です。この点において、お客様の納期内に高品質な基板を納品できる能力のあるメーカーを選ぶことが重要です。

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