3Dプリントサービスに基づいたプリント基板の技術の応用事例紹介

1．プリント基板に用いる3Dプリントサービスについて

　3Dプリント技術は、近年のデジタル製造技術の発展とともに、電子回路基板（プリント基板、PCB）の分野にも応用が進んでいます。従来のPCB製造方法では、複数の工程を経て基板にパターンを形成し、部品を配置・接続する手間がかかりましたが、3Dプリントサービスを利用することで、より効率的かつ短期間でPCBを製造することが可能になります。このようなサービスは、特に試作品やカスタマイズ製品において有用で、今後ますます需要が高まることが予想されます。

図1 JLCPCB製品イメージ

1.1 3Dプリントサービスの概要

　3Dプリントサービスとは、CAD（コンピューター支援設計）データを基に、3Dプリンタを使用して直接製品や部品を作り出すサービスです。PCBに特化した3Dプリントサービスでは、CADデータを基に、プリント基板のパターンを立体的に積層して作成します。一般的な3Dプリント技術には、インクジェットプリンティング、エクストルージョン（押し出し）、レーザー焼結（SLS）などの方式がありますが、PCBの製造では、特にインクジェットプリンティングが多く使用されています。

この技術を活用することで、PCBの設計から製造までを一貫して行うことができ、特に次のような特徴を持っています。

短納期対応：従来のPCB製造方法では、設計から最終製品の完成までに数週間かかる場合がありますが、3Dプリントサービスでは短期間で製造が可能です。特に、試作段階で複数回の修正が必要な場合、迅速に対応できることが大きな利点です。

小ロット対応：大量生産を前提とした従来のPCB製造では、少量の製造に高コストがかかることが多いですが、3Dプリントサービスは1枚からでもコスト効率良く製造可能です。

カスタマイズ性：設計データに基づいて柔軟に製造が行えるため、顧客のニーズに合わせたカスタマイズが容易に行えます。特に、曲面や特殊な形状を持つ基板の製造が得意です。

2．サービスの詳細

　PCBにおける3Dプリントサービスの工程は大きく次の3段階に分けられます。

2.1 設計データの作成：まず、ユーザーが専用のCADソフトウェアを使って基板の回路設計を行います。この設計データがサービスに送信され、3Dプリント用のデータ形式に変換されます。このプロセスでは、基板の多層構造や特殊なパターンを考慮しながら設計を最適化することができます。

2.2 プリントプロセス：3Dプリンタに設計データが読み込まれると、導電性インクや絶縁材料を使って、層状に基板を積み重ねるプロセスが始まります。複雑な多層基板でも、1つのプロセスで一貫して製造が可能なため、従来の方法に比べて手間と時間を大幅に削減できます。

2.3 検査と最終仕上げ：プリントが終了すると、基板の導通検査や表面仕上げが行われます。この際、3Dプリント技術によって作られた基板は、非常に高い精度で製造されているため、誤差が少なく、品質の安定性が向上しています。さらに、必要に応じて基板上に電子部品を搭載する「アセンブリサービス」も提供される場合があります。

3．3Dプリントサービスの応用事例

　3Dプリントサービスは、さまざまな分野で応用が進んでいます。以下はいくつかの具体的な事例です。

3.1 試作品の迅速な製造

　一つ目の事例は、試作品の迅速な製造です。電子機器の開発には、通常複数の試作品を製作し、その都度改良を加えていくプロセスが必要です。しかし、従来のPCB製造プロセスでは、試作品を作るたびに長期間を要していました。3Dプリントサービスでは、このプロセスを大幅に短縮でき、試作を繰り返すたびに迅速に基板を製作することが可能です。これにより、製品開発サイクル全体がスピードアップし、競争力の向上に寄与します。

3.2 高度なカスタマイズ

　次に、高度なカスタマイズが必要な製品にも3Dプリント技術は適しています。例えば、医療機器やウェアラブルデバイスなど、個々のユーザーの身体にフィットした特殊な形状を持つ基板が求められる製品に対して、3Dプリントサービスを利用すれば、形状や材料を細かく調整した基板を容易に製造することが可能です。これは従来の製造方法では難しかったことです。

3.3 多層基板の簡易製造

　さらに、多層基板の製造にも3Dプリント技術は有効です。多層基板は複数の層で構成されるため、従来の製造方法では非常に手間がかかりましたが、3Dプリントでは一度に複数の層を積み上げて製造できるため、製造工程が大幅に簡略化されます。これにより、高性能な電子機器やIoTデバイスなどでの使用が増えています。

4．3Dプリントサービスの今後の応用領域

　3Dプリントサービスは今後さらに多様な領域で応用が期待されています。特に注目されるのは、柔軟な電子デバイスやインテリジェントシステムの分野です。

4.1 柔軟な電子デバイス

　柔軟な電子デバイスは、折り曲げたり伸縮させたりできる特性を持つため、今後のウェアラブル技術や医療分野での応用が期待されています。3Dプリント技術により、こうした柔軟な基板がより簡単に製造できるようになるため、例えばスマート衣料やインプラントデバイスの開発が加速すると考えられます。これにより、人々の生活の質を向上させる新しい技術が次々と生まれる可能性があります。

4.2 インテリジェントシステム

　また、インテリジェントシステムへの応用も期待されています。3Dプリント技術を利用して、センサーやアクチュエーターを一体化した基板を製造することで、IoTデバイスや自動運転技術など、スマートシステムの基盤技術としての活用が進むでしょう。これにより、より小型で高性能なシステムが開発され、産業全体に新たな価値を提供することができます。

4.3 環境負荷の低減

　さらに、3Dプリント技術は環境負荷の低減にも寄与すると考えられています。従来のPCB製造方法は大量の廃棄物や化学薬品を使用しますが、3Dプリント技術を活用することで、材料の使用量が最適化され、製造プロセス全体の環境への影響を軽減することが可能です。

5．まとめと考察

　3Dプリントサービスは、PCB製造における効率化やコスト削減、柔軟なカスタマイズを実現するための新しい手段として急速に注目を集めています。特に、短納期対応や高度なカスタマイズが求められる分野では、その利便性と応用の幅広さが顕著です。今後は、柔軟な電子デバイスやインテリジェントシステムといった新たな応用領域にも展開され、技術的な進化が続くことで、さらに多くの産業分野で革新的なソリューションを提供することが期待されます。

　技術が進むにつれて、PCBの製造だけでなく、3Dプリント技術自体が多くの領域で主流となる未来が見えてきています。技術の進化に伴い、今後もさらなる可能性が広がるでしょう。