プリント基板について話すとき、初心者は「PCB回路図」と「PCB設計ファイル」を混同しがちですが、実際にはこれらは異なるものを指します。これらの違いを理解することが、PCB製造を成功させる鍵となります。そこで、初心者がPCB回路図とPCB設計の違いをより深く理解できるように、この記事ではPCB回路図とPCB設計の主な違いを詳しく説明します。
PCBとは
回路図と設計の違いを説明する前に、まず PCB とは何かを理解しておく必要があります。
基本的に、電子機器の中にはプリント基板（プリント回路基板とも呼ばれます）が内蔵されています。この緑色の貴金属でできた回路基板は、機器内のすべての電気部品を接続し、正常な動作を可能にします。PCBがなければ、電子機器は動作しません。
PCB回路図とPCB設計
PCB回路図は、様々な部品の機能と接続性を示すシンプルな2次元回路設計です。PCB設計は3次元レイアウトであり、回路が正常に動作することが確認された後に部品の位置がマークされます。
したがって、PCB回路図はプリント回路基板設計の最初の部分です。これは、回路図の形式（書面またはデータ形式）を、合意された記号を用いて回路接続を記述するグラフィカルな表現です。また、使用する部品とその接続方法も示します。
その名の通り、PCB回路図は設計図であり、青写真です。部品を具体的にどこに配置すればよいかを示すものではありません。むしろ、PCBが最終的にどのように接続を実現するかを概説し、設計プロセスの重要な部分を構成します。
設計図が完成したら、次のステップはPCB設計です。設計とは、PCB回路図のレイアウト、つまり物理的な表現であり、銅箔のトレースや穴の配置も含まれます。PCB設計では、前述の部品の位置と銅箔への接続が示されます。
PCB設計は性能に関わる段階です。エンジニアはPCB設計に基づいて実際の部品を組み立て、機器が正常に動作するかどうかをテストします。前述のように、PCBの回路図は誰でも理解できるはずですが、プロトタイプを見てもその機能を理解するのは容易ではありません。
これら 2 つの段階が完了し、PCB のパフォーマンスに満足したら、製造元を通じて実装する必要があります。
PCB回路図要素
両者の違いを大まかに理解したところで、PCB回路図の要素を詳しく見ていきましょう。前述の通り、すべての接続は表示されますが、いくつか注意すべき点があります。
接続を明確に確認できるように、スケール通りには作成されていません。PCB設計では、接続が互いに非常に近い場合があります。
いくつかの接続は互いに交差する可能性があるが、これは実際には不可能である
一部のリンクはレイアウトの反対側にあり、リンクされていることを示すマークが付いている場合があります。
このPCBの「設計図」は、設計に含める必要のあるすべての内容を1ページ、2ページ、または数ページにわたって記述することができます。
最後に、より複雑な回路図は機能ごとにグループ化することで読みやすさを向上させることができます。この方法で接続を整理することは、次の段階では行われず、回路図は通常、最終的な3Dモデルのデザインと一致しません。
PCB設計要素
さて、いよいよPCB設計ファイルの要素をより深く掘り下げていきましょう。この段階では、図面からラミネートやセラミック材料を用いた物理的な表現へと移行しました。特にコンパクトなスペースが求められる複雑なアプリケーションでは、フレキシブルPCBの使用が必要になります。
PCB設計ファイルの内容は回路図フローで作成された設計図に従いますが、前述のように、両者は見た目が大きく異なります。PCB回路図について説明しましたが、設計ファイルにはどのような違いが見られるのでしょうか？
PCB設計ファイルとは、プリント回路基板と設計ファイルを含む3Dモデルのことです。単層または多層の場合もありますが、最も一般的なのは2層です。PCB回路図とPCB設計ファイルには、いくつかの違いがあります。
すべてのコンポーネントのサイズと位置が適切である
2 つのポイントを接続したくない場合は、同じレイヤー上で交差しないように迂回するか、別の PCB レイヤーに切り替える必要があります。
さらに、先ほども少し触れましたが、PCB設計では、最終製品の検証段階であるため、実際のパフォーマンスに重点が置かれます。この時点では、設計の実用性が問われ、プリント基板の物理的な要件を考慮する必要があります。具体的には、以下のような要件が挙げられます。
部品の間隔が十分な熱分散を可能にする方法
エッジのコネクタ
電流と熱の問題に関しては、様々なトレースの厚さはどの程度にすべきか
物理的な制約や要件により、PCB設計ファイルは回路図上のデザインとは大きく異なる場合が多いため、設計ファイルにはシルクスクリーン印刷されたレイヤーが含まれています。シルクスクリーンレイヤーには文字、数字、記号が印刷されており、エンジニアが基板を組み立てて使用する際に役立ちます。
すべての部品をプリント基板に組み立てた後、計画通りに動作する必要があります。そうでない場合は、再描画する必要があります。
結論は
PCB回路図とPCB設計ファイルはしばしば混同されますが、実際には、PCB回路図の作成とPCB設計は、プリント回路基板を作成する際の2つの異なるプロセスを指します。PCB設計を実行する前に、プロセスフローを描画できるPCB回路図を作成する必要があり、PCB設計はPCBの性能と整合性を決定する重要な部分です。