回路カードアセンブリ（CCA）の仕組み：コンポーネント、プロセス、課題

回路カード アセンブリ (CCA) は、現代の電子機器に不可欠であり、コンパクトで高性能なデバイスの製造を可能にします。このタイプの製造には、設計をレイアウトし、それを組み立てる熟練した専門家が必要です。CCA の大きな利点の 1 つは、他の製造方法に比べてより複雑な設計をサポートできることです。さらに、CCA は製造プロセスが高速であるため、時間と費用の両方が削減されるため、コスト効率の高いソリューションを提供します。この記事では、回路カード アセンブリに関連する一般的な方法論、設計手順、および課題について説明します。

回路カードアセンブリ (CCA) の必須コンポーネント

回路カード アセンブリには、適切な回路機能を実現するためのいくつかの側面があります。これらは次のように区別できます。

● プリント基板（PCB）

● 電子部品

● オンボードコネクタ

1. プリント回路基板（PCB）：

すべての電子機器には回路アセンブリ機能があり、PCB は電子部品のアセンブリと配線のための基本的なプラットフォームを提供します。PCB の必須の基本コンポーネントは次のとおりです。

●基板:すべての電気部品を所定の位置に保持する回路アセンブリの基盤です。基板の材質は、フレキシブル、リジッド、金属コア ボードなど、PCBA の種類によって異なります。リジッド PCB では主にグラスファイバーが使用され、フレキシブル PCB ではポリイミドが一般的な材質です。

●銅トレース:銅トレースは、さまざまな PCB コンポーネントを接続するための導電パスを提供します。回路カード アセンブリ基板と銅箔は、熱を使用して積層されます。PCB 層によっては、回路図に従って複数の銅層がエッチングされる場合があります。

●はんだマスク:回路の導電部分を覆う薄い保護層で、腐食を防ぎ、はんだショートのリスクを軽減します。また、メーカーが PCB 上にコンポーネントを正確に配置するのにも役立ちます。

●シルクスクリーン:必須のシンボル、値、テキストを特徴とする PCB の最上位レイヤーです。シルクスクリーンにより、ユーザーは PCB の配置と機能を理解しやすくなります。

2. 電子部品：

電子部品は、回路カード アセンブリ (CCA) の原動力として機能します。最適な設計とパフォーマンスを実現するには、電子部品の配置が重要です。CCA には多数の部品が含まれる場合がありますが、ほぼすべてのアセンブリに共通して見られるのは次の部品です。電子回路は、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、集積回路などのコンポーネントを使用して設計されます。これらの回路の動作は、回路理論と数学モデルを使用して分析および予測できます。ここでは、一般的に使用されるコンポーネントとその用途に関する詳細なガイドを紹介します。

●抵抗器:抵抗器は電流の流れを制限する部品です。回路内の電流レベルを制御し、電圧を分割するために不可欠です。抵抗器は、「抵抗器の端子間に加えられる電圧は、抵抗器を流れる電流に正比例する」というオームの法則に基づいて動作します。

●コンデンサ:コンデンサは電気エネルギーを蓄え、放出します。電気エネルギーは電界の形で蓄えられます。コンデンサは DC 信号を遮断し、AC 信号を通過させます。また、タイミング回路では抵抗器とともに使用されます。また、さまざまな回路でフィルタリング、平滑化、タイミングの用途にも使用されます。

●インダクタ:インダクタは、電気エネルギーを磁気エネルギーの形で蓄える AC 抵抗器とも呼ばれます。インダクタは電流の変化に抵抗し、インダクタンスの標準単位はヘンリーで、電流が流れると磁場にエネルギーが蓄えられます。インダクタは、フィルタリング、チューニング、エネルギー貯蔵の用途で使用されます。

●トランジスタ:トランジスタは 3 端子の半導体デバイスです。主にスイッチング デバイスとして、また増幅器としても使用されます。このスイッチング デバイスは電圧または電流を制御できます。1つの端子に印加される電圧を制御することで、他の 2 つの端子を流れる電流を制御します。

●ダイオード:ダイオードは電流を一方向にのみ流すので、整流や信号復調に不可欠です。ダイオードには陽極端子と陰極端子の 2 つの端子があります。これらは主に、AC から DC への回路変換などに使用されます。

●集積回路 (IC):IC は、トランジスタ、抵抗器、コンデンサなどの複数の電子部品を 1 つの半導体チップ上に組み込んだ小型の電子回路です。これらは、携帯電話やコンピューターなどの現在の電子機器の構成要素です。これらは、アナログまたはデジタルの集積回路です。

3. オンボードコネクタ:

コネクタは回路カードの重要な部分です。コネクタはカードと外部コンポーネント間の接続を保証し、回路間で信号がスムーズに流れるようにします。コネクタは、回路カード アセンブリと PCB、センサー、その他のコンポーネントなどの外部デバイスをインターフェイスします。接続以外にも、これらのコンポーネントは電子回路のモジュール アプローチの実現に役立ちます。用途に基づいて、次のようないくつかの種類のコネクタがあります。

ボード間コネクタ - 2 つの PCB を接続します。これらは、回路基板が 2 つ以上の PCB と通信する必要があるシステムでよく必要になります。たとえば、組み込みシステムは、専用のコネクタ ピンを介してさまざまなセンサー モジュールに接続します。

I/O コネクタ -入力出力 (I/O) コネクタは、CCA と外部コンポーネントを接続します。データや電力の伝送に使用されます。たとえば、USB、HDMI、イーサネット コネクタは I/O コネクタの例です。

ワイヤ対基板コネクタ -これらのコネクタは、センサー、アクチュエータ、および PCB からのワイヤ間の接続を提供します。これらのコネクタは、信号を中断することなくワイヤの柔軟性を処理するように設計されています。

高周波コネクタ -無線周波数信号とマイクロ波信号の接続に使用されます。コネクタは、誘電体、厳しい許容誤差、高度なシールドなどのさまざまな要素により、信号損失を最小限に抑えます。

FPC/FFC コネクタ - FPC (フレキシブル プリント回路) コネクタと FFC (フレキシブル フラット ケーブル) コネクタは、フレキシブル電子部品に対応します。FPC コネクタは薄くてフレキシブルな PCB を接続し、FFC コネクタはリボンのような非常に薄くてフレキシブルなフラット ケーブルを接続します。

回路カードアセンブリの種類

1) ボックスビルドアセンブリ

ボックス ビルド アセンブリは、システム統合とも呼ばれます。これは、エンクロージャに収容された基本的な PCBA または CCA を指します。したがって、一般的なボックス ビルド アセンブリには、コネクタ、電源、カスタム ケーブル アセンブリ、ヒートシンク、その他の熱アタッチメントなどの電子部品と電気機械部品の両方が含まれます。ボックスはシステム設計の一部であるため、そのエンクロージャも PCBA に合わせて特別に設計されます。

2) 表面実装技術（SMT）

アセンブリ表面実装技術 (SMT) とは、電子部品を PCB の表面に直接取り付けることです。このプロセスにより、コンパクトな PCB の作成が可能になり、自動化が促進されます。部品は PCB 表面の金属パッドに直接はんだ付けされるため、スルーホールに挿入する必要はありません。そのため、SMT ではより複雑でコンパクトな回路を製造でき、高密度の PCB の製造につながります。

3) スルーホールアセンブリスルーホール

アセンブリとは、コンポーネントのリード線を通すための穴が開けられた PCB を指します。リード線は PCB の反対側にはんだ付けされます。スルーホール アセンブリは、片面から両面、そして最終的には多層基板へと進化しました。スルーホールアセンブリは、コンポーネントが SMT アセンブリをサポートしていないアプリケーションで今でも広く使用されています。たとえば、トランスや電解コンデンサにはスルーホール アセンブリが必要です。

回路カードの組み立てプロセスとは何ですか?

回路カードの組み立てプロセスには通常、設計、PCB の製造、はんだペーストの塗布、コンポーネントの配置、リフローはんだ付け、検査など、複数のステップが含まれます。詳細な組み立て手順と手順は次のとおりです。

1) PCB の設計:このステップでは、CAD ソフトウェアを使用して PCB を設計します。設計では、コンポーネントの位置と方向、およびコンポーネント間の電気的接続を指定します。PCB を設計する際は、インピーダンス整合、EMI/EMC の低減、電力消費などの要素が考慮されます。
2) PCB の製造:次に、設計をPCB 製造を使用して銅メッキ基板に印刷します。すべての PCB 製造手順については、PCB 製造に関するステップバイステップガイドをご覧ください。

3)はんだペーストの塗布:はんだペーストはステンシルを使用して基板に塗布され、ペーストが均等な密度で正しい場所に塗布されることが保証されます。
4)コンポーネントの配置:自動化された機械または技術者が SMD および TH コンポーネントを手動でボード上に配置します。

5)リフローはんだ付け:次に、基板をリフロー炉で加熱し、はんだペーストを溶かして部品を基板に接着します。基板の仕様に応じて、さまざまなはんだ付け技術を使用できます。

6)検査:基板を検査して、すべてのコンポーネントが適切にはんだ付けされ、欠陥がないことを確認します。通常、 検査には AOI、X 線、フライング プローブ マシンが使用されます。

7)コンフォーマルコーティングとパッケージング:用途に応じて、CCA は保護用コンフォーマルコーティングが施されるか、環境要因や機械的ストレスに対する保護を強化するために樹脂でカプセル化されます。その後、CCA は筐体に取り付けられ、他のシステム コンポーネントに接続され、エンド ユーザーに出荷できるようにパッケージ化されます。

SMTで使用されるはんだ付け技術:

表面実装アセンブリのはんだ付けには、主に 2 つのはんだ付け技術が使用されます。

リフローはんだ付け:

1. PCBに半田ペーストを塗布します。

2. ピックアンドプレースマシンを使用してコンポーネントを配置します。

3. リフローオーブンで、予熱、浸漬、リフロー、冷却の各段階を経て加熱します。

精密かつ自動化されており 、複雑な SMD に適しています。ただし、熱応力のリスクがあり、はんだ接合部にボイドが発生する可能性があります。

ウェーブはんだ付け:

1. PCBにフラックスを塗布します。

2. PCBを予熱します。

3. PCB を溶融はんだの波の上に通します。

4. はんだ接合部を固めるために冷却します。

スルーホールや一部の SMD に非常に効率的で、大量生産に適しています。生産量が多く、スルーホール部品が多い場合は、ウェーブはんだ付けが適切な選択です。このプロセスでは、液体はんだのプールを使用して金属部品を基板の底に貼り付けます。はんだマスクは、はんだ付けが不要な領域にはんだが付着するのを防ぎます。

ただし、ファインピッチ部品の精度が低いため、はんだブリッジや欠陥が発生するリスクがあります。各手法は、部品の種類、生産量、および特定の PCB 要件に基づいて選択されます。  

一般的な回路カードアセンブリの問題と解決策

回路カードの組み立てプロセス中に発生する可能性のある問題がいくつかあります。一般的な問題とその解決策をいくつか見てみましょう。

1)はんだ付けの問題:はんだ付けの問題には、はんだ接合部の不完全さ、はんだ接合部の乾燥、はんだの過剰などが含まれます。これらの問題は、はんだペーストの不適切な塗布や温度設定の誤りによって発生することがあります。解決策としては、メーカーが提供するはんだペーストに記載されている温度設定を調整することが挙げられます。

2)コンポーネント配置の問題:コンポーネント配置の問題には、コンポーネントの配置ミスや位置ずれが含まれます。これらの問題は、コンポーネントの向きが間違っているか、マシンの設定が間違っているために発生することがあります。解決策としては、手動でコンポーネントの位置を調整するか、マシンの設定を調整することが挙げられます。

3)設計上の問題:設計上の問題は、不正確な設計仕様やコンポーネントのフットプリントの誤りから発生することがあります。これらの問題は、設計ファイルのエラーや不正確なコンポーネント データから発生することがあります。解決策としては、設計ファイルの更新やコンポーネント データの修正が挙げられます。

4)熱管理:コンポーネントの密度と消費電力が増加すると、アセンブリ内で発生する熱が増加します。これにより、コンポーネントの過熱、パフォーマンスの低下、信頼性の低下が発生します。解決策としては、電源コンポーネントを互いに離して設計し、それらのためにより多くの領域を確保することが挙げられます。

CCA技術の進歩

CCA テクノロジーは、その誕生以来、長い道のりを歩んできました。長年にわたり、次のような進歩が CCA の設計コンセプトに革命をもたらしました。その主なポイントは次のとおりです。

● 高密度相互接続（HDI）PCB

● 部品密度の向上

● 3Dパッケージング技術の向上

● 熱管理の改善

わずか 3 つのステップで CCA アセンブリ サービスをご利用ください。

アップロード: Gerber、BOM、CPL ファイルをアップロードすると、PCB の即時見積もりを取得できます。

選択:組み立てのために配置するパーツとコンポーネントを選択します。組み立て料金は、セットアップ料金 8.00 ドルから始まり、最低組み立て料金はジョイント 1 つあたり 0.0017 ドルです。

受信:注文、部品調達、PCB プロトタイピングまでの合理化されたプロセスにより、反復、改善、および期限どおりの納品が可能になります。

結論

回路カード アセンブリ (CCA) は他の製造方法に比べて複雑であるため、大量生産には適していません。大量の回路カードを効率的に生産することが困難です。CCA のもう 1 つの欠点は、設計を複製することが難しいことです。これは、設計がコンピュータ プログラムを使用して作成されるためです。設計が失われると、再作成が非常に困難になる可能性があります。

しかし、CCA 技術は、さまざまな業界でコンパクトで高性能なデバイスの作成を可能にし、電子機器に革命をもたらしました。CCA は、小型フォーム ファクタで優れた機能と信頼性を提供するため、民生用電子機器から航空宇宙まで、システムに不可欠です。高密度相互接続 (HDI) PCB や 3D パッケージング技術などのイノベーションは、設計の可能性の限界を押し広げ、デバイスのパフォーマンスを向上させ続けています。