電子機器の発展と普及に大きく貢献してきた要素のひとつが、電子回路の基盤として使われる薄い板状の部材である。これは、絶縁体の基材上に導電材をパターン形成して電子部品を効率よく配線・実装できる構造になっている。従来、電線で結線した回路が主流であったが、多数の配線が煩雑になりやすく、複雑な回路の実装や量産には不向きであった。この課題を解決し、電子機器の小型化、高性能化、大量生産化を可能にしたのが、いわゆるプリント基板の登場である。構造としては、絶縁性を持つ板状の部材に、金属でできたパターンを化学的、または機械的手法で形成するのが基本となる。
基材としてよく使われる材料として樹脂とガラス繊維を組み合わせたものや、安価なものでは紙フェノール系樹脂などが代表的である。導電部は、主に銅箔を用いて作成され、その厚みや性質によって高電流に耐える必要があるパワー用途、あるいは微細な配線が求められるスマートフォンや通信機器用途など、多岐にわたる選択肢が用意されている。こうした部材に、電子回路設計によって得られたパターンを転写し形成してゆく工程が、プリント基板製造の核となる。設計者は回路図をもとに、基板上のパターンや部品配置、配線経路などをCADソフトで設計する。その後、設計データをもとに基板メーカーがパターン形成工程を行い、基板を完成させる。
この一連の流れのおかげで、高い精度と均一な品質の電子回路が再現性高く量産できるようになった。量産性の高さが求められる理由は、自動車、パソコン、家電製品、医療機器など様々な電子機器が日常的に利用されていることと無関係ではない。プリント基板の技術進化とともに、回路規模や要求される信号速度、消費電力、製造コストなどに応じて実装形態にも変化がみられた。初期段階では片面だけに配線・実装が可能な基板、やがて配線密度向上を目指して両面に導電パターンを設け相互に接続するビアと呼ばれる導通穴構造が開発された。その後はさらに多層基板が登場し、三層、六層、十層を超える多層化によって膨大な回路をコンパクトな基板上に集積できる。
本格的な多層基板は、パソコン、先端通信機器や産業機器など高密度実装と信号伝送特性が求められる用途で多用されている。また、実装方法も表面実装技術や、挿入実装など用途にあわせて発展した。特にスマートフォンやウェアラブル機器、超小型化が求められる現代家電類などでは、部品を基板表面に直接取り付ける表面実装が不可欠である。この方式では、最小限のスペースに高密度で電子部品を配置できることが最大の魅力となる。一方で、機械的強度や耐熱性への工夫も欠かせない。
このため各メーカーでは、材料選定や加工精度の向上、マイクロビアやブラインドビアなど微細な構造形成に挑戦している。品質や歩留まり向上のため、穴明け工程やパターン形成工程には数々の検査技術が投入され、精緻な自動光学検査や電気的検査が行われる。不具合低減や設計ミス防止を目指した工程間検査や最終出荷前検証により、製品の信頼性も向上した。メーカーごとに異なる厳格な品質管理や規格が存在し、エレクトロニクス産業全体の発展を支えていることは間違いない。さらに、複雑化や高機能化、付加価値向上の流れに沿って、特殊基板の分野も注目を集める。
例えば放熱性が求められるパワーエレクトロニクス用には、金属を基材に使った基板や、層間絶縁にセラミック素材を使ったものがある。また高周波用途では誘電率や信号損失を抑えた材料を用いる必要があり、基地局設備や衛星関連機器等で重要視されている。これらはメーカーが独自のノウハウや製造技術を活かして、生産プロセスそのものから開発力を競い合う分野でもある。エレクトロニクス業界では、設計・開発スピードの向上や多品種少量化など、市場の変化にあわせたフレキシブルな生産が重視されている。そのため試作用や小ロット生産に対応するため、短納期サービスや一貫生産体制を整えたメーカーの存在感が増している。
試作から量産へとスムーズに橋渡しできるサポート体制や、設計者の意向を反映しやすいコミュニケーションなど、顧客密着型の対応が求められるようになった。地球環境に配慮した製造も大きなテーマとなり、鉛フリーや有害物質低減、リサイクル性向上などを目指す各種の技術革新も進んでいる。さらには、高度な自動化や省力化の流れに沿って、プリント基板メーカーでは最新の生産設備やAI技術を導入したスマートファクトリーの構築なども活発化している。今後さらに情報端末や自動運転車、医療・ウェアラブル機器の発展など、電子回路の実装技術はいっそう進化が見込まれる。製品の高性能化、小型化、環境対応など多角的かつ高度な要求に応えるため、各メーカーは独自の技術開発と生産体制の強化を進めている。
社会の基盤を支える重要な存在としてのプリント基板の役割と価値は、今後ますます拡大していくといえる。プリント基板は、電子機器の進化と普及を支えてきた不可欠な部材であり、絶縁性基材の上に導電パターンを形成することで、複雑な電子回路の小型化と量産を実現した。従来の電線結線による回路から転換し、設計データに基づくCAD設計や自動化された製造プロセスにより、高精度かつ均一な品質の製品供給が可能となった。技術の発展に伴い、片面基板から両面・多層基板へと進化し、高密度実装や高速信号伝送にも対応。特にスマートフォンや先端通信機器向けには、表面実装技術の発展により、スペース効率と信頼性が大幅に向上した。
検査技術の高度化や品質管理の徹底も進み、業界全体の信頼性を高めている。さらに、放熱性や高周波特性を重視した特殊基板の登場、環境配慮型製造や生産自動化など、社会・市場の多様なニーズに柔軟に応じる体制も構築されつつある。今後も情報端末、自動運転車、医療分野等で電子回路実装技術の進化が見込まれ、プリント基板は社会の基盤を支える重要な役割を果たし続けるだろう。プリント基板のことならこちら