スルーホール技術：現代PCB設計で依然として不可欠な理由

電子部品の製造において、PCBはその品質と使いやすさにおいて重要な役割を果たします。PCBの究極的な機能性は、それを作るために使用される設計に依存します。ご説明する通り、広く使用されている2つの設計があります：スルーホール技術と表面実装技術です。

本記事の主な焦点はスルーホール技術であり、なぜ電子機器の製造において依然として普及しているのか、詳細に説明します。

1. スルーホール技術とは？

電子部品のリードとチップを、プリント基板のスルーホールに挿入する実装技術です。ここで、これらのピンは基板の反対側のパッドに向かって下からハンダ付けされます。この技術は通常手作業で、時には挿入実装機で行われます。この技術は1980年代後半まで盛んでしたが、表面実装技術（SMT）の登場により陰りが見えました。表面実装の導入によりスルーホールが時代遅れになると予想されましたが、その数多くの独自の利点と信頼性により、時代の試練に耐えてきました。

2. スルーホールリード

スルーホールを使用するPCBには、ラジアルとアキシャルの2種類のワイヤーリードがあります。

2.1 アキシャル（軸方向）リード

アキシャルリードはワイヤージャンパーのような形状で、PCBの箱型または円筒型部品の両端から突出しています。これらの突出部は、ほぼ完全な幾何学的対称軸を形成します。突出していますが、PCB表面からそれほど高くはなく、置くと平らになります。

アキシャルリードは、PCB上の短距離をブリッジするのに一般的に使用され、開放スペースではサポートできないポイントツーポイント配線にも使用されます。

2.2 ラジアル（放射状）リード

ラジアルという名前は、部品から基板表面へのリードの平行な投影から来ており、ラジアルリードはパッケージの端と同期しています。以前は、それらが突出していた円筒形部品の半径の形をとっていたため識別されていましたが、後にアキシャルリードによってこの定義は無効になりました。

基板上では、ラジアル部品はアキシャルリードよりも小さなフットプリントで90度の角度形成を持ちます。また、平行構成によりプラグインの性質を持ち、より高速な自動化が必要なコンポーネントでの使用に適しています。

3. スルーホールハンダ付け

ハンダ付けは、電子工作の世界に足を踏み入れるために必要な必須スキルの一つです。PCB基板で何が交換必要で、どこにあるかを知ることは非常に重要です。ただし、スルーホール技術を使用する基板の修理には、多くの精度が求められます。

3.1 高度なPTH技術

必要なハンダ付けスキルが指先にあると仮定すると、ハンダ付けに高度なPTH技術を選択できます。いくつかの重要なヒントを見てみましょう。

1. ハンダの流れ方を制御することを学びます。これは最初に学ぶスキルですが、時間と練習で正しくできるようになります。
2. ハンダゴテのさまざまなチップの使い方と制御を学びます。さまざまな用途で別々のチップが必要なため、それらの使い方を知っておくべきです。
3. 使用するゴテを決めたら、リードとパッドを加熱し、ハンダが基板の穴をスムーズに流れるようにします。
4. ハンダゴテを冷やせば、接続の完成です。
5. この技術は、2つのスルーホール間のブリッジを作る際にも使用できます。

3.2 洗浄

ハンダ付けを実行したら、それをどう洗浄するか知ることが重要です。何を洗浄するのか、と疑問に思うかもしれません。鉛フリーハンダを扱うとき、フラックスでPCBを汚してしまいがちです。このフラックスはハンダゴテ自体から来る場合も、誤った接続を避けるために意図的にフラックスを塗布した場合もあります。どう対処すればよいでしょうか？

最良かつ推奨される方法は、小さな歯ブラシをイソプロピルアルコールに浸すかスプレーし、基板をブラッシングすることです。しかし、多くの基板を扱っており、フラックスが基板上で乾くリスクがある場合は、クロックポットに蒸留水を入れておく方法があります。蒸留水により、回路内に不純物が混入しないことを保証します。

4. スルーホール技術の利点

スルーホール技術は、繰り返し存在し、新しい技術が置き換える可能性があるにもかかわらず、依然として印象的です。なぜ表面実装よりも依然として望ましい技術なのか、PCB設計におけるこの技術の利点を見てみましょう。

4.1 堅牢性

スルーホール部品は、層間で確実な接続を必要とする製品において、耐久性と効果の面で真の宝庫であることが証明されています。

この技術を使用したPCB基板で作業している場合、どのような環境ストレスにさらされても、接触状態を維持することがわかります。スルーホール部品は基板を貫通することで補強されるのに対し、SMT部品はPCB上にハンダ付けされるだけです。

この特性により、極端な可変条件に耐えられるため、軍事および航空宇宙エレクトロニクスで一般的に使用されます。

4.2 より強固な機械的結合

スルーホール技術は、構成が重いまたは大型の部品に完璧に機能します。これらの電子機器はPCBでより強固な機械的結合を必要としますが、通常の表面実装技術では提供できません。

4.3 容易なプロトタイピング

スルーホール技術では、手動での交換と調整機能の利便性により、設計者はより容易な時間を過ごせます。スルーボードはブレッドボードソケットも使用し、これはプロトタイピングに不可欠です。

5. スルーホール技術に関連する制約

スルーホール技術が独自で魅力的な技術として立っているにもかかわらず、表面実装後でもいくつかの欠点があります。この技術は、ワイヤーリードに小さな浮遊容量とインダクタンスを必要とする高速コンポーネントには実用的ではありません。

5.1 基板スペースを多く占有

スルーホール技術を選択すると、基板スペースの多くがワイヤーリードの収容に割かれ、より大きなPCBへの投資を強いられます。大きなPCBは、すべての配線を最小限に抑え、基板を一般的に実用的なサイズにカットする本質を減らします。

6. 表面実装技術（SMT）

表面実装技術は常にスルーホールと関連付けられますが、独自に明確に異なります。この技術は、部品のリードをドリルなしで直接ハンダ付けによって固定します。スルーホールとは異なり、この技術は設計者にとって比較的容易です。従来のすべての電子機器を生産・製造するための比較的低価格であったため画期的で、ほとんどの電子機器がこの技術を採用できるようになりました。

結論

現在の状況は、2つの設計が常に競合しているように見えても、両方とも電子機器の製造で広く使用されていることです。スルーホール基板の修理とハンダ付けについては前述の通り、リードのピンがしっかりとフィットし、ハンダ付けするコンポーネントをしっかりと把握するために、多くの精度を要します。これは最終的に、電子愛好家としてのあなたの望みや、扱っている電子機器の種類によります。