各 PCB は特定の製品に対して単一の機能を備えているため、標準的なプリント基板などというものはありません。 PCB の製造は、複雑な複数のステップからなるプロセスです。ここでは、多層 PCB を製造する際の最も重要な製造ステップを見ていきます。
PCB 製造プロセスの最初のステップは設計です。 設計者は、Extended Gerber や IX274X などの特殊なソフトウェアを使用して、すべての要件と仕様を満たす PCB の設計図を作成します。 これらのソフトウェア ツールは、レイアウト設計に役立つだけでなく、設計出力形式に必要な情報をエンコードします。
拡張ガーバーは、銅層の数、はんだマスク層の数、コンポーネントのシンボルなど、設計者が必要とするさまざまな情報をエンコードする一般的に使用される設計ソフトウェアです。 PCB ブループリントがコーディングされると、設計のすべての側面がチェックされ、エラーが存在しないことが確認されます。
PCB 製造会社は、製造準備のために完成した PCB 設計を受け取ります。製造工場では、設計計画が製造プロセスに必要な公差を満たしているかどうかを確認するために、製造設計 (DFM) チェックを受けます。 DFM 検査の目的は、製造可能性を保証し、設計の品質が最高レベルであることを確認することです。
DFMチェックに合格した後、設計者は設計レビューを実施し、設計の正確性と信頼性を確保するために、起こりうる技術的な問題を解決します。
設計レビューとエンジニアリング上の問題は、PCB 製造プロセスの第 2 ステップで非常に重要です。このステップでは、設計に潜在的なエラーや欠陥がないかチェックし、スムーズな製造プロセスを保証します。
エンジニアは設計レビューを実施し、PCB設計のあらゆる部分を精査して、すべての部品と正しい構造が含まれていることを確認します。また、設計が要求仕様を満たし、製造ガイドラインに違反していないことも検証します。エンジニアが設計を承認した後で初めて、次の段階である印刷に進みます。
すべてのチェックが完了したら、次はPCB設計図の印刷です。建築図面などの他の設計図とは異なり、PCB設計図は通常の8.5 x 11インチの用紙に直接印刷されるわけではありません。代わりに、プロッターと呼ばれる特殊なプリンターを使用して、PCBの「フィルム」を作成します。これらの「フィルム」は、学校でよく見かける透明シートと同様に、実際にはPCB自体のネガです。
PCB の内層は XNUMX つのインク色を使用して表現されます。黒インクは PCB の銅配線と回路を示すために使用され、透明インクはグラスファイバー ベースなどの非導電性領域を表します。 ただし、PCB 設計の外層では、この表現は逆になります。透明なインクは銅のビア ラインを示し、黒のインクは除去される銅の領域を示します。
各PCB層とそれに対応するソルダーマスク層にはそれぞれ専用のフィルムが使用されているため、単純な2層PCBでは4枚のシートが必要となる。各層に1枚ずつ、そしてそれに付随するソルダーマスクシートが2枚である。
フィルムを印刷した後、フィルムを並べて、パイロット ホールとも呼ばれる穴パンチで穴を開ける必要があります。 これらの位置合わせ穴は、その後の製造中にフィルムを位置合わせするための基準点として機能します。
ステップ4は、プリント基板（PCB）の製造工程の始まりです。まず、ラミネートと呼ばれる特殊な材料にPCBの設計図を印刷します。次に、ラミネートに銅箔または銅コーティングを施します。銅はラミネートにしっかりと接着され、PCBの構造を形成します。その後、余分な銅を除去して、目的の設計図を露出させます。
次に、積層体を覆うようにレジストと呼ばれる感光性膜を塗布します。レジストには紫外線 (UV) で硬化する特殊な化学物質が含まれており、技術者は PCB 設計とフォトレジストを完全に一致させることができます。
レジストを正確に位置合わせするために、技術者は工程の早い段階で開けられた穴を利用します。次に、ラミネートとレジストに紫外線を照射します。紫外線はフィルムの透明部分を透過し、フォトレジストを硬化させます。これにより、銅が残るべき領域が示され、チャネルが形成されます。一方、レジスト上の黒インクは、硬化させてはいけない領域に紫外線が到達するのを防ぎ、後で除去しやすくします。
基板の準備ができたら、アルカリ溶液で洗浄して残留フォトレジストを除去します。 その後、徹底した高圧洗浄を行って表面をきれいにします。 プレートを乾燥させるまで放置します。
乾燥後、最終的な PCB の一部となる銅の上に唯一残ったレジストが残るはずです。 技術者は PCB にエラーがないか再確認します。 すべてが良好であれば、プロセスは次のステップに進みます。
この重要なプロセスは多層 PCB の基礎を築き、その電気接続を正確に定義します。 ここでの精度により、PCB が意図した用途で正確かつ確実に動作することが保証されます。
このステップでは、PCB の内層から余分な銅を慎重に除去して、PCB レイアウト設計に一致する銅配線を明らかにします。
エッチング工程では、プリント基板（PCB）のコア層、つまり内層が化学処理を受けます。基板上の必要な銅部分は覆われて保護され、残りの部分は特殊な化学薬品に曝されます。この化学処理によって、保護されていない銅はすべて巧みに除去され、PCBの機能に必要な量の銅だけが残ります。
銅エッチングに使用する時間と溶剤の量は、プリント基板のサイズや構造によって異なります。大型のプリント基板や構造が重い基板では、より多くの銅を使用する必要があり、エッチング工程に余分な時間や溶剤が必要になる場合があります。
つまり、エッチングはプリント基板の銅配線を完璧に仕上げ、設計レイアウトに正確に一致させ、基板の最適な性能を保証する上で非常に重要な役割を果たします。
層の位置合わせは、多層 PCB の製造プロセスにおける重要なステップです。 PCB の個々の内部銅層を作成したら、それらを慎重に位置合わせして接着し、完全で機能的な多層 PCB を形成する必要があります。
層の位置合わせ工程では、各内側の銅層が精密に配置され、隣接する層と接合されます。この位置合わせにより、層間の電気接続部とビア（層間を接続する穴）が正確に位置合わせされ、プリント基板全体にわたって連続的で信頼性の高い導電経路が形成されます。
技術者は位置合わせツールと銅層上の位置合わせマークを使用して、適切な位置を確保します。 これらのレジストレーション マークは、銅層を正確に一致させるための基準点として機能します。 次に、これらの層を熱と圧力の下で積層し、永久的に接着して固体の多層 PCB を形成します。
ビアと呼ばれる小さな穴が PCB に開けられ、さまざまな層が電気的に接続されます。 コンポーネント取り付け用に大きな穴も開けられます。
穴を開ける前に、X 線装置を使用して穴の位置を特定します。 次に、より特定の穴が開けられる前に PCB スタックを固定できるように、位置決め/ガイド穴が開けられます。 これらの穴をあける段階になると、拡張ガーバー設計のファイルをガイドとして使用し、コンピューターガイドのドリルを使用して穴自体をあけます。
PCB パネルに穴あけが完了したら、次の重要なステップはメッキです。 このプロセスでは、PCB のさまざまな層をすべて融合するために一連の化学処理が使用されます。 PCB は徹底的に洗浄され、化学物質に浸され、ミクロン厚の銅層が堆積されます。
この銅層は PCB の最上層をコーティングし、開けられたばかりの穴を埋めます。 めっきの前に、これらの穴によりパネル内部のグラスファイバー基板が露出しました。 しかし、めっき後、穴は銅で裏打ちされ、穴の壁を効果的に覆います。
プロセスの前半 (ステップ XNUMX) で、PCB パネルにフォトレジストが塗布されました。 このステップでは、パネルの外層にフォトレジストを塗布し、UV 光にさらして PCB 設計を作成します。 黄色の部屋は、紫外線がフォトレジストに影響を与えるのを防ぎます。 ブラックインクの透明性により、強い UV 光にさらされてフォトレジストが硬化する際に正確な位置合わせが保証されます。
外側のプレートは検査を受け、不要なフォトレジストがすべて除去されていることを確認します。 その後、イメージングのために別のフォトレジスト層を外側の層に塗布します。 次に、外層は内層と同じ方法でメッキされ、さらに保護を強化するために錫メッキが追加されます。
外層の最終エッチング中に、錫ガードが貴重な銅をシールドし、確実に保護されます。 不要な銅は同じ銅溶剤を使用して除去されますが、錫はエッチング領域に必要な銅を保持します。
内層とは異なり、外層ではインクが反転します。 濃いインクが非導電性領域を覆い、薄いインクが銅に塗布され、錫めっきで保護されます。 エンジニアは、エッチング中に不要な銅と残ったレジスト コーティングを除去し、自動光学検査 (AOI) およびはんだマスキング用の外層を準備します。
AOI チェックでは、層が設計要件を満たしていることを確認し、余分な銅がすべて除去されていることを確認し、適切な電気接続を備えた完全に機能するプリント基板が得られることを確認します。
ソルダーマスクの塗布に備え、パネルは徹底的に洗浄されます。次に、エポキシソルダーマスクインクが基板表面に塗布されます。紫外線を用いて、ソルダーマスクを除去する必要のある領域を特定します。
技術者が指定されたソルダーマスクを除去した後、回路基板は硬化のためにオーブンに入れられます。このマスクは基板の銅を腐食や酸化による損傷から保護する重要な役割を果たします。
プリント基板（PCB）の製造工程では、シルクスクリーン印刷または印字によって、基板表面に重要な情報が印刷されます。これには、会社ID番号、警告ラベル、製造元マーク、部品番号、その他のマークが含まれます。これらのデータを印刷し、表面処理を施した後、PCBはテスト、切断、検査を受けます。
はんだ付け性を高めるために、一部の PCB には金または銀の化学めっきが施され、均一なパッドを作成するために熱風レベリングが使用されます。 これにより表面仕上げが生成され、顧客の要件に基づいてカスタマイズできます。
ほぼ完成した PCB に重要な情報がインクジェットで書き込まれます。 最後に、最後のコーティングと硬化の段階を経ます。 これらの手順により、完全に機能し、適切にラベルが貼られたプリント基板が目的の用途に使用できる状態になります。
プリント基板の製造後、技術者は電気試験を実施し、機能性と設計への適合性を確認します。電気試験はIPC-9252規格に準拠し、回路の導通試験と絶縁試験が含まれます。導通試験では断線（オープン）の有無を確認し、絶縁試験ではプリント基板の各部に短絡がないことを確認します。これらの試験は機能性を保証するだけでなく、初期プリント基板設計が製造工程にどれだけ耐えられるかを評価するものでもあります。
さらに、「ベッド・オブ・ネイルズ」テストは、プリント基板の機能性を判定するために用いられます。このテストでは、スプリング治具をテストポイントに取り付け、高圧接触させることで、そのような条件下での基板の耐久性を評価します。これらの包括的な電気的評価により、プリント基板の品質と信頼性が保証されます。
プリント基板製造の最終工程において、プロファイリングとカッティングは非常に重要です。プロファイリングとは、ガーバーファイルの情報を用いて、基板から個々のプリント基板の形状とサイズを特定する工程です。これにより、ルーターやCNCマシンが基板の端に沿って小さな部品を切り出し、損傷なく容易に分離できるようにするルーティング工程が行われます。
あるいは、製造業者によっては、V 溝加工機を使用して基板の側面に沿って斜めのカットを作成する場合もあります。 どちらの方法でも、ひび割れすることなくきれいに分離できます。 ボードにスコアを付けた後、ボードを建設ボードから切り離し、この段階は完了します。
最後のステップである切断では、ルーターまたは V 溝を使用して、元のパネルからさまざまなボードが分離されます。 ルーターは基板の端に沿って小さなタブを残し、V 溝は斜めのチャネルを作成します。 どちらの方法でも、基板をパネルから簡単に取り出すことができ、製造プロセスが完了します。
プロセスの最終ステップでは、精密視覚検査員のチームが各プレートに繊細な追加チェックを加えます。 PCB を既存の受け入れ基準と照合して視覚的にチェックします。
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