電気のおはなし
1-9 プリント配線板とは
電子回路や電気回路の配線の一部を印刷して展開した板をプリント配線板とよんでいます。回路がプリントされる前の板を銅張積層板とよんでいます。 板の材料には値段は安いが吸水しやすく特性が劣っている紙基材フェノール樹脂板(FR-1,FR-2)、紙エポキシ樹脂板(FR-3)、値段は高いがすべての特性がよいガラスエポキシ樹脂板(FR-4)、 ボデーの形状に合わせて実装できるフレキシブル配線フィルム、熱伝導性がよい金属配線板などがあります。つぎの表に銅張積層板の種類と名称をしめします。
銅張積層板の種類
材質種類 | JIS | NEMA(ANSI) | |||
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基材 | 樹脂 | タイプ | 耐燃性 | ||
紙 | フェノール | 高電気抵抗性 | 有 | PP3F | FR-2 |
無 | PP3 | XXXPC | |||
一般的電気抵抗性 | 有 | PP7F | FR-1 | ||
無 | PP7 | XPC | |||
エポキシ | 有 | PE1F | FR-3 | ||
無 | - | - | |||
ガラス布 | エポキシ | 高耐熱性 | 有 | GE2F | FR-5 |
無 | GE2 | G-11 | |||
一般的高耐熱性 | 有 | GE4F | FR-4 | ||
無 | GE4 | G-10 | |||
ポリイミド | 変性 | 有 | GI1F | GPY | |
無 | GI1 | - | |||
未変性 | 有 | GI2F | GPY | ||
無 | GI2 | - | |||
ガラス布・ガラス不織布複合 | エポキシ | 有 | CGE3F | CEM-3 | |
無 | - | - | |||
ハロゲンフリーエポキシ | 有 | GT1F | GPY | ||
無 | GT1 | - |
ある程度の数量を製造する電気機器、電気設備や自動車の配線では、部品や機器を接続する電線やケーブルの配線長を筐体やボデーに合わせて計測して図面化し、電線の束であるハーネスが使われています。
電源とかインバータなどのパワー系の大電流が流れてハーネスが使えないところではブスバーを使った相互の個別配線が使われています。
電子部品や集積回路等を実装して配線する電子回路では銅張積層板上に回路を形成したプリント基板(PCB)が使われています。
集積回路のチップ内部配線には微細加工したアルミ配線が使われています。チップとパッケージのリード間にはボンディングワイヤ配線が使われています。
集積回路チップの微細加工も限度に近づいてきたのでパッケージ内部でチップを積み上げてチップ相互をワイヤ配線し、さらに集積度を高めることもおこなわれています。
このように電気配線にはいろいろな種類があり、目的によって最適なものが使われています。
図2 自動車に使用されているプリント配線板の例(出典:日本シイエムケイ株式会社HP)
デジタルカメラのような狭いボデーの中に電子部品や集積回路なの配線を実装するにはFPCとよばれているフィルムに回路配線を形成したプリント配線板が使われています。
図3 フレキシブル配線フィルム(FPC)
ノートパソコンのキーボードのある側の筐体内部にはMPU、GPU、メモリ等の多数の半導体部品を実装した大型プリント配線板が収納されています。 画像処理やゲームなどで連続した高速演算処理のみをさせるとMPUやGPUからの発熱量が増えて半導体部品を劣化させたり、故障させたりする危険温度まで上昇させてしてしまいます。 そこで筐体内部をこのような危険温度まで上昇させないためにMPU、GPU、筐体内部に設けたセンサーから温度を取り込んで処理速度を遅くするなどの温度管理ソフトが組み込まれています。
このようなノートパソコンの処理速度を遅くするなどの性能低下を防ぐ対策製品として筐体内部の熱を筐体の底面を通して強力に外部へ放熱させて冷却するための冷却台があります。 冷却台の材質には熱伝導の良いアルミが使われており、ノートパソコンの底面から冷却台へと伝導してきた熱は冷却台内蔵の強力な冷却ファンで外部へ放熱されます。つぎに冷却台の製品例を示します。
図4 冷却台
下水にエッチングした後の廃液を流すことが禁じられるようになり、自作のプリント配線板は、ミリングマシンを使って機械的に銅張基板を彫り込んで作成することが多くなっています。 ミリングマシンでは穴あけ、配線、外形などの加工が可能で、精度の高い基板も作成できます。
図5 配線板自作用ミリングマシンの例
図6 ミリングマシンによる配線板加工
導電性の銀ペーストの手書きペンを使って簡単な配線パターンを描いて配線板を作ることもできます。
抵抗やコンデンサーなどリードのある部品が差し込めるホールと半田付けによる配線の可能なランドを一定間隔でマトリックス状に多数配置したいろいろな種類のユニバーサル基板が数多く製品化されています。 このユニバーサル基板を使った配線板の自作もされています。
図7 用途に合わせてカットして使うユニバーサル基板の例
図8 金メッキされたユニバーサル基板の例
『電気のおはなし』の目次
第1章 電気回路
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1-1回路とは漢字が示す通り、回って戻って来る路が回路です。回路を循環しているものが電気なら電気回路、電子なら電子回路になります。
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1-2回路の種類電気回路には大電流、大電力の発電系、送電系からの大工場、大型ショッピングモールなどの受電系、一般家庭の受電系、パソコン、スマホなどのプリント基板のパターンを流れる小電流回路、ICやLSI内部の微小電流まで扱う電流の大小により多くの種類があります。
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1-3交流回路とは交流波形をした電圧や電流が電源から負荷に流れているのが交流回路です。
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1-4直流回路とは直流電源を使用している回路や部品、機器、設備の内部には直流回路が形成されています。直流電源には直流発電機、電池、交流から直流に変換する電源アダプターなど多くの種類があります。
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1-5並列回路とは工場の電動機や照明等の負荷への配線、オフィスの複写機、パソコン等の負荷への配線、住宅内のエアコン、家電品等の負荷への配線など電力会社から受電した電気を負荷へ供給している配線回路のほとんどが並列回路を形成しています。
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1-6直列回路とはスマホ、ノートパソコンなどの携帯電子機器ケースの内部には充電できる二次電池のホルダーが収納されています。 中
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1-7分岐回路とは退避線のある駅に各駅停車の電車が近づくと本線から分岐された線路を通って目的のプラットホームへと向かい停車します。
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1-8遮断回路とは地震や火災、風水害が発生した時や保守点検、工事安全確保が必要な場合や目的に達した時に電路と切り離し動作を行う回路に遮断回路があります。
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1-9プリント配線板とは電子回路や電気回路の配線の一部を印刷して展開した板をプリント配線板とよんでいます。
第2章 電気の測定
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2-1電気回路測定の心得電気回路の測定に入る前に測定する周囲の電場環境や磁場環境など周囲環境が電気回路や電子回路にどのような影響を与えているのかを調べておきたいと思います。
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2-2電圧の測定電圧の測定器はメーターの針で測定値を示す指針型のアナログ計器とLEDや液晶の表示器に測定値を数字で示すデジタル計器とにわけられます。
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2-3電流の測定電圧の測定で紹介した回路計(マルチメータ)の電流測定機能と測定範囲は機種によって異なっています。
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2-4抵抗の測定抵抗測定というと、Ωレンジへ切り替えて測定するテスタ、マルチメータをイメージしてしまいがちです。
第3章 回路計
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3-1テスター(回路計)とはテスターは、機種により装備している機能が異なりますが電気回路、電子回路の電圧や電流、電子部品の抵抗、容量などが手軽に測定できる便利な測定器です。
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3-2アナログテスターの使い方アナログテスターの電圧や電流の測定では測定部位にテストリードのテストピンをあてがいます。テストピンで取り出された電圧や電流は、切り替えつまみ
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3-3デジタルテスターの使い方デジタルテスターでも電圧や電流の測定ではアナログテスターと同じく測定部位にテストリードのテストピンをあてがいます。テストピンで取り出された電圧や電流は、切り替えつまみで切り替えられたスイッチ回路を通してAD変換器を中心とするLSIと周辺回路へ送られます。
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3-4自動車用テスターとスキャンツール現在の自動車は電気回路や電子回路やマイコン、センサーにより電子制御されています。今後、自動運転化が進むにつれてこの電子制御化傾向はさらに加速していくものと思われます。
第4章 電気用品
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4-1電気回路と関係のある法律とマーク電気回路と関係がある国内と海外の安全に関する法律や安全マークに数回にわたって解説していきます。
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4-2JIS日本工業規格とは今回は、電気回路に関係している電気設備、電気用品、電気部品、電気材料や機械部品などの標準化を定めている日本工業規格(JIS:Japan Industrial Standards)(以下JIS)について調べていきましょう。
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4-3電波法と技適マークについて電波を公平かつ能率的な利用を確保することによって、公共の福祉を増進することを目的として定められたのが電波法です。多くの政令や省令に詳細が定められています。
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4-4人工知能(AI)とは準備中
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4-5CEマーク準備中
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4-6ULマーク準備中
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4-7CSAマーク準備中
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4-8FCCマーク準備中
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4-9VCCIマーク準備中
第5章 発電
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5-1発電の種類準備中
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5-2水力発電準備中
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5-3風力発電準備中
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5-4火力発電準備中
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5-5地熱発電準備中
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5-6バイオマス発電準備中
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5-7原子力発電準備中
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5-8内燃機関発電準備中