ポイントツーポイント構築

エレクトロニクスにおいて、ポイントツーポイント構築は、プリント基板(PCB)が使用される前に広く使用されていた非自動化された回路構築技術であり、1950 年代に導入されてからは自動組み立てが徐々に普及しました。熱電子バルブ(真空管) を使用した回路は比較的大きく、比較的単純 (交換が必要な大型で高温の高価なデバイスの数が最小限に抑えられた) で、大きなソケットを使用していたため、後の複雑な半導体回路に比べて PCB の利点は明らかではありませんでした。ポイントツーポイント構築は、コンポーネントがかさばり保守性が考慮されるパワー エレクトロニクスや、電子コンポーネントが少ないか重いプロトタイプ機器を構築する場合に、今でも広く使用されています。特に古いポイントツーポイント構築では、抵抗器やコンデンサなどのコンポーネントのリードを使用して接続間の距離を可能な限り埋め、コンポーネント間に追加のワイヤを追加する必要性を減らすのが一般的な方法です。

ポイントツーポイント接続が登場する前は、電気アセンブリでは、ネジやワイヤーナットを使用して、絶縁性の木製またはセラミック製の基板にワイヤーを固定していました。その結果、デバイスは、接点の腐食や接続の機械的な緩みによって故障しやすくなりました。初期の高級船舶用無線機、特にマルコーニ製では、バスバー回路に溶接銅が使用されることがありましたが、これは高価でした。決定的な発明は、はんだ付けを電気アセンブリに適用したことでした。はんだ付けでは、はんだと呼ばれるスズと鉛(および/または他の金属)の合金が溶けて、銅や錫メッキ鋼などの他の非溶融金属に付着します。はんだは強力な電気的および機械的接続を実現します。

ポイントツーポイント配線は自動組み立てには適していません (ただし、同様の方法であるワイヤラップを参照してください)。手動で実行されるため、エッチングされた回路基板ではなく組み立て担当者が接続を決定するため、PCB よりもコストが高く、配線エラーが発生しやすくなります。試作ではなく製造の場合、操作手順を慎重に設計することでエラーを最小限に抑えることができます。

中間的な構造形式には、端子ストリップ (「タグ ボード」と呼ばれることもある)、アイレット ボード、またはタレット ボードが使用されます。コンポーネントが、両端にタグ、アイレット、またはタレットがあり、配線が次のコンポーネントに接続されているボード上に配置されている場合、コンポーネントはポイントからポイントに移動していないため、その構造はそれぞれタグ、アイレット、またはタレット構造と呼ばれます。コードウッド構造も同様の方法で配線できますが、密度が高いため、コンポーネントの配置は通常、コンポーネントが挿入される基板によって固定されます。

ターミナルストリップ構造は、真空管ギターアンプのコミュニティではポイントツーポイント構造とも呼ばれ、ターミナルストリップ（「タグボード」とも呼ばれる）を使用します。ターミナルストリップには、ワイヤの端を押し込むための穴がそれぞれある、刻印された錫メッキ銅端子があり、通常は合成樹脂結合紙（ FR-2）や綿で補強されたベークライトなどの安価な耐熱材料で作られた絶縁ストリップに取り付けられています。絶縁体には一体型の取り付けブラケットがあり、刻印されたループの 1 つ以上に電気的に接続されてシャーシに接地されることもあります。

まず、金属板または木材でシャーシが作られます。次に、絶縁された端子ストリップがシャーシの底面または内部にリベット留め、釘付け、またはネジ留めされます。変圧器、大型コンデンサ、真空管ソケット、その他の大型コンポーネントはシャーシの上部に取り付けられます。それらのワイヤは、底面または内部への穴を通して導かれます。長いワイヤの端、またはコンデンサや抵抗器などのワイヤ端コンポーネントは、端子に押し込まれ、通常はループ状にねじられます。接続するすべてのワイヤが端子に取り付けられると、ワイヤは一緒に（および端子に）はんだ付けされます。

プロの電子機器組立工は、部品の取り忘れがないように、写真集を見ながら正確な組立て手順に従って作業していました。このプロセスは労働集約的で、エラーが発生しやすく、自動化された生産には適していません。プリント基板が導入された後も、回路基板のレイアウトと製造は必要ありませんでした。

プリント基板が導入された後も、一部の真空管機器ではポイントツーポイントと端子ストリップ構造が引き続き使用されていました。真空管の熱により回路基板が劣化し、脆くなって破損することがあります。回路基板の劣化は、1960 年代に製造された安価な真空管ラジオでよく見られ、特に高温の出力管と整流管の周辺で顕著でした。アメリカのメーカーであるZenith は、1970 年代初頭まで真空管テレビでポイントツーポイント配線を使用し続けました。

アンプなどのオーディオ機器の中には、端子ピンを使用したポイントツーポイント配線が今でも行われているが、^{[1]非常に少量であることが多い。この用途では、現代のポイントツーポイント配線は、非常に小規模な生産の経済性の結果としてではなく、}マーケティング設計機能として使用されることが多い。

非常に短い接続を持つ真のポイントツーポイント配線（端子ストリップなし）が、非常に高い無線周波数（ギガヘルツ範囲）で依然として使用され、浮遊容量とインダクタンスを最小限に抑えます。回路基板のトレースと他の導体間の容量、および短いトラックのインダクタンスは、高周波では重要または支配的になります。場合によっては、高周波特性の優れた基板（セラミックなど）上に慎重に PCB をレイアウトするだけで十分です。この設計の例は、立ち上がり時間がナノ秒の数分の 1 のアバランシェ トランジスタベースのパルス発生器を説明するアプリケーション ノートに示されています。（少数の）重要なコンポーネントは、可能な限り短いリードで互いに直接接続され、出力コネクタにも直接接続されています。^[2]

特に複雑な装置では、有線回路は隣り合ったコンポーネントの「ラダー」として配置されることが多く、ラダーまたはコンポーネントに有線リンクで接続する必要があります。適切なレイアウトは、このようなリンクと配線の複雑さを最小限に抑え、多くの場合、直接のポイントツーポイントに近づきます。複雑なデバイスの中で、PCB 以前のTektronix真空管オシロスコープは、非常によく設計されたポイントツーポイント配線で際立っています。^[3]

寄生効果が著しい場合、ポイントツーポイント配線と端子ストリップ配線には可変の寄生コンポーネントがありますが、PCB によるインダクタンスとキャパシタンスはすべてのサンプルで同じであり、確実に補正できます。これは、一部の RF 回路では不可欠な場合があります。高度に最適化されたポイントツーポイント RF 構造では、配線を曲げることで回路を調整できます。

完成したユニットを筐体内に配置することで、回路を環境から保護し、ユーザーを電気的な危険から保護します。

いくつかの大手ブランドは、現在でも端子ストリップタイプのポイントツーポイントボードを使用していますが、通常は特殊な製品ライン向けです。エレキギターアンプメーカーのマーシャルは、標準製品では長い間 PCB を使用していましたが、このタイプの構造を設計上の特徴として採用し、古いモデルの一部を再発行しました。熱真空管機器では、通常、熱による損傷を避けるために真空管を PCB に取り付けず、代わりに配線に PCB を使用して、熱による損傷のない大量生産 PCB の経済性を実現しています。

変更の対象となるプロトタイプは、多くの場合、PCB ではなく、ブレッドボード構造を使用して作成されます。歴史的には、これは文字通りブレッドボード、つまりコンポーネントが取り付けられ、ワイヤで結合された木製のボードでした。最近では、この用語は、標準の 0.1 インチ ピッチで穴が開いた薄い絶縁材のボードに適用されます。コンポーネントは、穴に押し込まれて固定され、ボードの反対側でポイントツーポイントで配線されます。プロトタイプ専用のブレッドボードのタイプにはこのレイアウトがありますが、取り外し可能なコネクタのように電気的接続を行うためにコンポーネントが押し込まれる穴のグリッドの下に金属製のスプリング コンタクトのストリップがあります。一方向に直線になっている端子の一部は、通常 5 ～ 10 個のグループで電気的に接続され、1 行に複数のグループがあります。これらの間には、より一般的な接続 (通常は電源レール) 用にボードの高さにわたる列が点在している場合があります。このようなブレッドボードやストリップボードは、PCB とポイントツーポイントの中間に位置します。 PCB の設計と製造は必要なく、ポイントツーポイントのセットアップと同じくらい簡単に変更できます。

ストリップボードは、通常 0.1 インチ間隔の正方形のグリッド パターンの穴があるボードです。直線上のすべての穴は、PCB と同様に銅ストリップで接続されています。コンポーネントはストリップのない側から押し込まれ、所定の位置にはんだ付けされます。ストリップは銅の一部を削り取ることで中断できます。この作業には、実質的にハンドル付きのドリル ビットであるストリップボード カッターが使用できます。ストリップの穴の上で回転させて使用します。

フリーフォーム構造は、 PCB が大きすぎたり、部品数が少ないために製造に手間がかかりすぎたりする場合に使用できます。いくつかの構築方法が使用されています。極端な例としては、配線ペンを穴あきボードで使用して、すっきりとしたプロフェッショナルな結果を得ることができます。もう一方の極端な例は、「デッド バグ」スタイルです。ICを逆さまにして、ピンを死んだ昆虫のように空中に突き出させ、コンポーネントのリード線を可能な場合は他のコンポーネントに直接はんだ付けし、多くの小さな回路には追加の配線がありません。見た目は乱雑ですが、フリーフォーム構造を使用すると、他の方法よりもコンパクトな回路を作成できます。これは、BEAM ロボットや、コンポーネントのリード線を短く保つ必要がある RF 回路でよく使用されます。この構造形式は、アマチュアが 1 回限りの回路を作成するときに使用され、また、特に高周波での回路開発のプロフェッショナルにも使用されます。^[4]

高周波作業の場合、エッチングされていないプリント基板の銅面などの接地されたはんだ付け可能な金属ベースをベースおよびグランドプレーンとして使用できます。高周波ブレッドボードに関する情報と、グランドプレーン構造のデッドバグの図は、Linear Technologies のアプリケーションノートに記載されています。^[4]

• ワイヤーラップ

ウィキメディア・コモンズには、ポイントツーポイント構築に関連するメディアがあります。

• 「デッドバグ」スタイルの回路パッチの写真
• 「プログレッシブ配線テクニック」では、表面実装コンポーネントに適用されたポイントツーポイント構造の例を示します。