PCB設計におけるスイッチタイプの総合ガイド

　スイッチは、回路内の電流の流れを制御するPCB設計に不可欠なコンポーネントです。回路を開閉し、特定の機能を有効または無効にする機械的または電子的なデバイスとして機能します。民生用電子機器、産業用機械、医療機器のいずれを設計する場合でも、適切なスイッチタイプは、製品の機能性、信頼性、ユーザーエクスペリエンスにとって極めて重要です。このガイドでは、PCB設計で一般的に使用されるスイッチの種類と、PCBスイッチとの違いについて説明します。

PCBスイッチとは？

　プリント基板を特殊な回路として使用したユニークなスイッチです。PCBスイッチを手にする最良の方法は、テレビのリモコンです。PCBスイッチについて話すとき、電気経路を制御する部品について話します。これは、経路を接続するか、切断するかのどちらかによって行われます。例えば橋のように、スイッチがオンの時は橋の経路を接続し、電流を流します。スイッチをオンにすると、ブリッジを持ち上げて経路を切断し、電流は流れなくなります。

　PCBスイッチは特殊なメカニズムを使用しており、スイッチング回路はPCB自体に印刷されており、スイッチを押すことでブリッジが接続され、電気が流れます。PCBスイッチは、機器のシンプルな機能と起動を可能にします。この汎用部品は、押しボタンやトグルスイッチなど、他のタイプのスイッチと組み合わせることで、使いやすさと機能性を向上させます。 PCBスイッチはまた、その耐久性と信頼性により、スムーズな操作を提供し、業界を問わずデバイスのユーザーエクスペリエンスを向上させます。

PCBスイッチの動作

　電気スイッチには他のタイプもありますが、PCBスイッチのデザインには以下のようなものがあります。

コーティングは銅製PCB上の黒い部分を指し、スイッチの良好な接続を担っています。これは、PCB間のギャップを埋めるために使用される低抵抗カーボンです。押圧機構にも同じカーボンがあり、接触するとブリッジがつながり、電気が流れ始めます。

　これらの接続は、電気抵抗を低くするために、銅のような導電性の高い材料で作ることができる。しかしその場合、プレス機構では導体層を使用しなければならない。例えば、金メッキ層を特徴とする金メッキPCBスイッチを選択することができます。

PCBスイッチを設計するには？

　PCBスイッチを作るには、設計ソフトウェア（Eagle、Altium、EasyEDAなど）を搭載したコンピュータ、PCB製造サービス、抵抗器、コンデンサ、バッテリーなどの必要不可欠な電子部品が必要です。PCBスイッチを自作する方法を紹介します：

ステップ 1: 要件の定義

　PCBスイッチの目的を概説することから始めます。アプリケーションの電圧と電流の要件を決定し、スイッチが電気負荷を処理できることを確認します。

ステップ2：フットプリントとシンボルの設計

シンボル： シンボルはスイッチの電気的機能を表す必要があります。通常、PCBへの接続用のピンとスイッチの動作（ノーマルオープン、ノーマルクローズなど）を表します。各ピンに明確にラベルを付け、フットプリントのピン構成と一致するようにしてください。

フットプリント： 通常、メーカーのデータシートでスイッチの寸法を確認することから始めます。ここで、ステップ1で定義したサイズ要件に基づき、フットプリントの計画を立てることができます。スイッチの周囲とトレース間に十分なクリアランスがあることを確認してください。

ステップ3：PCBレイアウトとトレース・レイアウトの計画

　スイッチとその関連部品を収容するPCBのレイアウトを作成します。PCB設計ソフトウェアを使用して、回路トレース、部品配置、接続ポイントを描きます。操作しやすいように、スイッチの周囲に十分なスペースを確保します。長さ、幅、高さを考慮して、選択したスイッチの寸法を測定します。これらの寸法は、正しいPCBカットアウトを作成し、スイッチのハウジングやケーシングを設計するために不可欠です。適切な電流処理を保証し、信号の干渉を防ぐために、トレースの幅と間隔に注意してください。トレースはできるだけ短く、直接配線してください。

ステップ 4: 切り抜きと取り付け穴の作成

　PCB設計にスイッチの切り抜きと取り付け穴を組み込みます。これらの機能により、スイッチをPCBにしっかりと取り付けることができます。寸法を再確認して、適切にフィットするようにしてください。

ステップ 5: サポート部品の追加

　抵抗、コンデンサ、LEDなど、スイッチの周囲に必要な部品を組み込みます。これらの部品がスイッチの機能を補完し、設計仕様に準拠していることを確認します。

ステップ 6: 接続と回路の確認

　先に進む前に、PCB設計ソフトウェアを使用して回路の接続性を確認し、レイアウトに誤りがないか検査します。このステップは、製造またはテスト中に発生する可能性のある問題を防ぐのに役立ちます。

ステップ 7: 設計と製造の最終決定

　テストに基づく変更を組み込み、PCBスイッチの設計を微調整します。プロトタイプに満足したら、デザインを確定し、製造用のファイルを準備します。信頼できるPCB製造サービスを選択し、製造のために設計ファイルを提出します。

回路設計に使用されるその他の主なスイッチの種類

1. タクタイルスイッチ

タクタイルスイッチは家電製品、特にスマートフォンやリモコン、キーボードなどの携帯機器によく使われている。これらのスイッチは、押されたときに「カチッ」という顕著な音を発し、スイッチが作動したことをユーザーにフィードバックします。タクタイルスイッチは小型で信頼性が高く、コスト効率に優れているため、大量生産やコンパクトな設計に最適です。ウェアラブル機器やリモコン機器にも応用されている。

主な特徴

・ 薄型

・触覚フィードバック

・コンパクトサイズ

2. 押しボタンスイッチ

　プッシュボタンスイッチは、電卓から機械制御パネルまで、さまざまな機器に使用されている、最も馴染み深いタイプのスイッチです。これらのスイッチには、モメンタリーとラッチングがあります。モメンタリースイッチは押されると元の状態に戻るが、ラッチングスイッチは再び押されるまで新しい状態に留まる。機器や制御盤の電源ボタンとして使用されます。

主な特徴

・シンプルなメカニズム

・モメンタリまたはラッチオプション

・統合が容易

3. スライドスイッチ

　スライドスイッチは、接点を前後に動かし、回路を開閉します。このスイッチは耐久性に優れ、シンプルな手動操作で状態を変更する必要のあるさまざまな機器に使用できます。主な用途は、オーディオ機器、ガジェットのモード選択など。

主な特徴

・信頼性の高い機械的操作

・複数のポジション（例：オン／オフ／オート）

・耐久性と使いやすさ

4. DIPスイッチ

　DIP（Dual In-line Package）スイッチは、デバイスのコンフィギュレーションやオプションの設定に使用される一連の小型スイッチです。PCBを再プログラムまたは修正する必要がない代わりに、DIPスイッチにより手動でコンフィギュレーションを変更できます。これらのスイッチは、古い電子機器と、迅速な再構成を必要とする最新のデバイスの両方で普及しています。デジタル機器のコンフィギュレーションやネットワーク機器のアドレス設定に応用されています。

主な特徴

・設定可能

・ソフトウェアや再プログラミングは不要

・簡単なセットアップ変更

5. ロータリー・スイッチ

　ロータリースイッチは、ノブを回転させることで異なるポジションを選択することができます。各ポジションは異なる回路経路に接続されるため、複数のモードや出力が必要なアプリケーションの汎用オプションとなります。このスイッチは、マルチモード機器やオーディオ機器に見られます。

主な特徴

・複数のポジションを選択可能

・正確なコントロール

・頑丈で耐久性がある

6. トグルスイッチ

　トグルスイッチは、その信頼性とシンプルさで広く使用されています。トグルスイッチは、回路を開閉するために2つ以上の位置の間で反転させることができるレバーを備えています。トグルスイッチは、ユーザーが簡単な手動操作で機能を簡単に制御する必要があるアプリケーションでよく使用されます。自動車システムや家電製品に大きな需要がある。

主な特徴

・簡単な操作

・複数のポジション

・高い耐久性

7. ロータリーエンコーダ

　技術的にはスイッチではないが、ロータリーエンコーダは多くの電子機器の精密制御に使用されている。シャフトの角度位置をデジタルまたはアナログ信号に変換するため、精密な調整が必要な機器に最適です。主な用途は、オーディオ/ビデオ制御システムやUIデザインである。

主な特徴

・正確な回転検出

・無限回転機能

・デジタルおよびアナログ出力オプション

結論

　スイッチは、PCB設計の機能性と使いやすさを決定する極めて重要な役割を果たします。プリント基板スイッチは、回路基板の設計と動作においてますます重要な役割を果たすようになっています。したがって、回路基板設計者であれば、記事で検討したPCBスイッチの側面を考慮することが重要になります。プロジェクトの要件に応じて適切なものを選択し、設計の効率性、信頼性、使いやすさを確保することができます。