イントロダクション
PCB（プリント基板）は、携帯電話などの携帯機器から高度な宇宙船技術に至るまで、現代の電子機器の基盤を成しています。電子部品を接続し、それらが動作するための安定したプラットフォームを提供するために不可欠です。PCBの製造は、複数の複雑なステップからなる複雑なプロセスであり、各ステップは極めて重要であり、欠陥のないプリント基板を保証するために細部にまで細心の注意を払う必要があります。プロセスは、設計段階とレビュー段階を経て始まります。 コンピュータ支援設計 (CAD) のためのツール PCB回路基板設計基板が製造されるまで、工程は続きます。効率性を高め、人為的ミスのリスクを軽減するため、不完全な回路や短絡を回避するために、コンピュータガイドと機械駆動の技術が導入されています。高品質を保証するため、基板は製造の様々な段階で厳格な試験を受け、完成した基板としての最終試験も実施された後、梱包・出荷されます。
PCB製造プロセス - ステップバイステップ
ステップ1: PCBの設計
PCB製造の最初のステップは設計です。PCBの製造と設計は常に何らかの計画から始まります。設計者は、必要なすべての要件を満たすPCBの設計図を作成します。PCBの設計図がソフトウェアによってエンコードされると、設計のあらゆる側面と部品が再度チェックされ、エラーがないことを確認します。
設計者による検査が完了すると、完成したPCB設計はPCB製造会社に送られ、PCBが製造されます。到着後、PCB設計プランは製造会社による2回目のチェック（「最終チェック」）を経て実施されます。 製造のための設計（DFM） チェック。適切な DFM チェックにより、PCB 設計が少なくとも製造に必要な許容範囲を満たしていることが確認されます。
ステップ2：PCB設計を印刷する
すべてのチェックが正常に完了すると、 PCB設計 印刷可能です。建築図面などの他の設計図とは異なり、PCBの設計図は通常の8.5×11インチの用紙に印刷されません。代わりに、プロッタプリンタと呼ばれる特殊なプリンタが使用されます。プロッタプリンタはPCBの「フィルム」を現像します。これは、実質的に基板そのもののネガ写真のようなものです。
PCB の内部層は、2 つのインク色で特徴付けられます。
透明インク: グラスファイバーベースなどの PCB の非導電性領域を示します。
黒インク: PCBの回路と銅のトレースに使用されます
PCB 設計の外側の層では、この傾向は逆転し、黒インクは銅が除去される領域も示し、透明インクは銅の経路のラインを示します。
各PCB層とそれに付随するはんだマスクにはそれぞれ専用のフィルムが貼られるため、 XNUMX層PCB 4枚のシートが必要です。各層に1枚ずつ、そして付属のソルダーレジストに1枚です。フィルムを印刷した後、シートを並べ、レジストレーションホールと呼ばれる穴をパンチで開けます。レジストレーションホールは、後の工程でフィルムを揃えるためのガイドとして使用されます。
ステップ3：内部層用の銅を印刷する
このステップは、 PCBメーカー PCBの開発を開始します。PCBの設計図をラミネート板に印刷した後、同じラミネート板に銅を仮接着します。これによりPCBの構造が強化されます。その後、銅をインプリントすることで、先ほどの設計図が明らかになります。
次に、ラミネートパネルはレジストと呼ばれる感光性フィルムで覆われます。レジストは、紫外線にさらされると硬化する光反応性化学物質の層でできています。このレジストにより、技術者は設計図の写真とレジストに印刷された内容を完全に一致させることができます。
レジストとラミネートを、先ほどの穴の位置に合わせて並べ、紫外線を照射します。紫外線はフィルムの半透明部分を透過し、フォトレジストを硬化させます。これにより、銅箔のパスとして残すべき部分が示されます。一方、黒インクは硬化させたくない部分には光を当てないようにし、後で除去できるようにします。
基板の準備が整うと、アルカリ溶液で洗浄し、残ったフォトレジストを除去します。その後、基板を高圧洗浄し、表面に残ったレジストをすべて除去して乾燥させます。乾燥後、基板上に残っているレジストは、最終的に基板を剥がした後に基板の一部として残る銅箔の上だけです。技術者が基板を検査し、エラーがないことを確認します。エラーがなければ、次のステップに進みます。
ステップ4：不要な銅を避ける
PCB製造プロセスの次の段階は、不要な銅を除去することです。先ほどのアルカリ溶液と同様に、フォトレジストで覆われていない銅を腐食させるために、別の強力な化学薬品が使用されます。保護されていない銅を除去したら、先に硬化したフォトレジストも除去する必要があります。
注意: PCB から不要な銅を取り除く場合、重いボードでは溶剤への露出を長くしたり、銅溶剤を多くしたりする必要がある場合があります。
ステップ5：検査とレイヤーの調整
PCBの各層を個別に洗浄した後、光学検査と層アライメントの準備が整います。先ほど開けた穴は、外層と内層の位置合わせに使用されます。技術者は、光学パンチと呼ばれるパンチマシンに層を配置し、層の位置合わせを行います。次に、光学パンチが穴を通してピンを押し込み、PCBの層を整列させます。
光学パンチの後、別の機械で光学検査を行い、欠陥がないことを確認します。この光学検査は非常に重要です。なぜなら、一度レイヤーを重ねてしまうと、存在するエラーは修正できないからです。AOI装置は、検査対象のPCBをメーカーのモデルとなる拡張ガーバーデータと比較することで、欠陥がないことを確認します。
PCB が検査に合格すると、つまり技術者も AOI マシンも欠陥を見つけられなかった場合、PCB 製造の最後のいくつかのステップに進みます。
ステップ6：PCB層を積層する
PCB製造工程のこの時点で、PCBの各層は積層されるのを待っています。各層に欠陥がないことが確認されると、接合の準備が整います。PCB積層工程は、レイアップ工程とラミネート工程の2つのステップで行われます。
PCBの外側には、エポキシ樹脂でコーティング／浸漬処理されたグラスファイバーの完成品が敷き詰められています。元の基板も薄い銅箔で覆われており、銅箔には銅配線のエッチングが施されています。外層と内層が完成したら、これらを押し合わせて接着します。
これらの層の挿入は、専用のプレステーブル上の金属製クランプを用いて行われます。各層は専用のピンを用いてテーブルに固定されます。ラミネート工程を行う技術者は、まず、プリプレグまたはプリコートされたエポキシ樹脂の層をテーブルのアライメントベイスンに置きます。このプリプレグ樹脂の上に基板の層を1枚ずつ置き、その上に銅箔の層を置きます。銅箔の上にさらにプリプレグ樹脂のシートを置き、最後にプレスプレートと呼ばれる銅箔で仕上げます。
銅のプレス板が設置されると、積層体はハードプレスの準備が整います。技術者はそれを機械プレス機に持ち込み、層をプレスして押し付けます。この工程の一環として、積層体にピンを打ち込み、しっかりと固定されていることを確認します。
層が正しく固定されたら、PCBスタックは次のプレス機、ラミネートプレス機に送られます。ラミネートプレス機は、一対の加熱プレートを用いて、積層されたPCBに圧力と熱を加えます。プレートの熱によって、通常はプリプレグ内のエポキシ樹脂が溶けます。この熱とプレス機からの圧力が相まって、PCBスタックは一体化されます。
PCBの層が圧着されたら、少し開梱作業が必要です。技術者は、先ほど取り外したピンと上部のプレスプレートを取り外し、PCB本体を引き抜く必要があります。
ステップ7：穴あけ
穴あけ工程の前に、X線検査装置を用いて穴あけ位置を特定します。次に、より精密な穴あけを行う前にPCBスタックを保護するため、ガイド穴／位置合わせ穴をドリルで開けます。穴あけ作業に入ると、設計図のファイルをガイドとして、コンピューター制御のドリルで穴あけを行います。
穴あけが完了したら、端に残った余分な銅をやすりで削り取ります。
ステップ 8: PCB メッキ
パネルの穴あけが完了したら、メッキ処理の準備が整います。メッキ処理では、PCBの様々な層を化学薬品で融合させます。PCBは徹底的に洗浄された後、一連の化学薬品に浸されます。この浸漬処理の一環として、パネルを数ミクロンの厚さの銅層でコーティングします。この銅層は最上層の上と、先ほど穴を開けた部分に堆積されます。穴が完全に銅で満たされるまでは、パネル内部を構成するガラス繊維基板が露出するだけです。これらの穴を銅で浸漬することで、以前に開けられた穴の壁が覆われます。
ステップ9：外層の画像化とめっき
工程の前半（ステップ3）では、PCBパネルにフォトレジストを塗布しました。ここで、さらにフォトレジストを塗布します。ただし、今回はまだ画像化が必要な外層のみにフォトレジストを塗布します。外層にフォトレジストを塗布し、画像化した後、前工程でPCBの内層にめっきを施したのと全く同じ方法でめっきを施します。ただし、工程自体は同じですが、外層には銅を保護するために錫めっきが施されます。
ステップ10：最後のエッチング
外側の層を最後にエッチングする段階では、エッチング工程中に銅を保護するために錫ガードが使用されます。不要な銅は、前述の銅溶剤を使用して除去され、錫がエッチングエリアの貴重な銅を保護します。
不要な銅をすべて取り除くと、PCB の接続が適切に確立され、はんだマスクの準備が整います。
ステップ11：はんだマスクを塗布する
ソルダーマスク塗布の準備を完全に整えるために、パネルは洗浄する必要があります。PCBパネルを洗浄した後、インクエポキシとソルダーマスクフィルムを塗布します。次に、基板に紫外線を照射し、ソルダーマスクの除去すべき部分をマーキングします。
不要なはんだマスク部分が完全に除去された後、PCB をオーブンに入れて加熱し、はんだマスクを硬化させます。
ステップ12：PCBとシルクスクリーン印刷を仕上げる
仕上げ工程の一環として、PCB は銀、金、または HASL でメッキされ、作成されたパッドにコンポーネントをはんだ付けして銅を保護できるようになります。
PCBに銀メッキまたは金メッキを施した後、必要に応じてシルクスクリーン印刷を行います。シルクスクリーン印刷では、会社ID番号、メーカーマーク、警告ラベルなど、PCB上のすべての有効情報が印刷されます。
PCB に正しい情報がメッキされシルクスクリーン印刷されると、最終硬化段階に送られます。
ステップ13：電力信頼性テスト
PCBがコーティングされ、必要に応じて硬化された後、技術者がPCBの様々な箇所で一連の電気テストを実施し、機能性を確認します。実施される主なテストは、絶縁テストと回路の導通テストです。回路の導通テストでは、PCBの断線（いわゆる「オープン」）がないか確認します。一方、回路の絶縁テストでは、PCBの各部品の絶縁値をチェックし、ショートの有無を確認します。電気テストは主に機能性を確認するためのものですが、初期のPCB設計が製造プロセスにどれだけ耐えられるかを確認するテストとしても機能します。
PCBが完全に機能しているかどうかを判断するために使用できるテストは他にもあります。このテストに使用される数少ない主要なテストの一つは、「ベッド・オブ・ネイルズ」テストです。このテストでは、多数のスプリングフィクスチャを回路基板上のテストポイントに取り付けます。スプリングフィクスチャは回路基板上のテストポイントに最大200グラムの圧力をかけ、PCBがテストポイントにおける高圧接触にどれだけ耐えられるかを確認します。
PCB が電気的信頼性テストと、メーカーが実施することを選択したその他のテストに完全に合格した場合は、次のステップである切断に進むことができます。
ステップ14：切断とプロファイリング
PCB製造工程の最終段階は、PCBの切断とスコアリングです。これは、元のパネルから様々なPCBを切り出す作業です。PCBを元のパネルから切り出す方法は2つあります。
ボードの側面に沿って斜めの溝を切るV溝を使用する
ルーターまたは CNC マシンを使用して、PCB の端の周囲に小さなタブを切り出します。
どちらの方法でも、PCB は建築用パネルから簡単に取り外すことができます。
通常、PCB パネルには、組み立て後に構造ボードから切り離せるように、大きなアレイまたは個別のボード（該当する場合）が刻み込まれて配線されています。
基板が構造ボードから切り離されると、PCB 製造の最終検査段階があります。
ボードは一般的な清潔さを検査され、鋭いエッジ、バリ、その他の製造上の危険がないことを確認します。
必要に応じて目視検査を実施し、ボードが業界仕様を満たし、データに示された詳細と一致しているかどうかを確認できます。技術者は必要に応じて目視検査を使用して PCB の物理的寸法と穴のサイズを確認することもできます。
必要に応じて、ルーティングおよび製造プロセス中にスロット、面取り、ベベル、皿穴が追加されます。
可能であれば、ショートが修復され、その後、ショートしたボードは上記と同じ電気的信頼性テストを使用して再テストされます。
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上記のように、PCB製造には多くの工程があり、各工程を正しく実行することで製品の品質を確保する必要があります。わずかなミスでも回路基板の性能に影響を与える可能性があります。そのため、PCB製造に精通していない場合は、信頼できるPCBメーカーにPCB製造サービスをアウトソーシングすることをお勧めします。 MOKOテクノロジーは、長年にわたる業界経験に基づき、様々な業界のお客様のニーズに応えるPCB製造サービスを提供するリーディングカンパニーです。最先端の設備、高度なPCB製造技術、そして経験豊富なチームにより、製造されるすべてのPCBは最高品質であり、最も厳格な基準を満たしています。さらに、お客様一人ひとりのニーズにお応えできるよう、幅広いカスタマイズオプションもご用意しております。 お問い合わせ 今すぐ PCB 製造プロジェクトを開始しましょう!
