プリント基板製造では、管理された設計データをもとに、銅配線、絶縁層、めっき接続部、保護表面を備えたベアボードを作ります。基板は電気的な接続と機械的な支持を担い、完成品の動作は実装部品と回路設計によって決まります。部品を搭載してはんだ付けする実装工程と、基板そのものの製造工程は別です。
本ガイドでは、めっきスルーホールを持つリジッド多層基板の一般的なサブトラクティブ法を説明します。すべての工場に共通する製造手順ではありません。両面基板では内層の積層工程が不要で、HDI、フレキシブル、リジッドフレックス、特殊材料では別の工程が加わります。製造業者は合意した構造に適合する、検証済みの工程を選びます。
1. 設計・製造データを正式リリースする#
回路図、基板レイアウト、設計ルールチェックを完了し、製造業者が受け付ける形式でデータ一式を出力します。Gerberは各層の画像を表し、ドリルデータ、基板外形、層構成、製造注記を合わせて製造指示を完成させます。現在のGerberは、層や図形の役割を識別する属性にも対応しています。従来の形式名はRS-274Xであり、「IX274X」ではありません。
CAD画面だけでなく、実際に出力したファイルを確認してください。層順、単位、極性、外形の閉じ方、めっき穴と非めっき穴、銅箔から基板端までの間隔、改訂番号を点検します。対応している場合はCADから独立に出力したネットリストも添付し、設計上の接続と製造データを工場が照合できるようにします。ネイティブCADデータを求められた場合はソフトのバージョンが重要ですが、標準化された製造データで常に必須となる条件ではありません。
2. CAM処理と製造性の確認を行う#
製造業者はデータを自社の工程能力と照合し、生産用データを準備します。パネル配置、加工用基準、テストクーポン、予測可能な加工変化への補正などを含む場合があります。最小間隔、アニュラリング、長穴、ソルダーレジストのダム、材料の入手性に関する疑問は、製造着手前に解決します。
納入設計に影響する変更は、事前に合意してください。DFMチェックは回路の動作を保証せず、設計者による電気的・機械的な検証の代わりにもなりません。注文時に材料グレード、完成板厚、銅厚条件、表面処理、受入基準、試験範囲を確認します。
3. 積層材を準備して内層パターンを形成する#
一般的なFR-4多層基板では、ガラス繊維強化エポキシの銅張コア、接着用プリプレグ、銅箔を使用します。用途によっては異なる樹脂系や基材が必要です。材料は承認済みの層構成、加工条件、電気的要求に適合させます。
コアの銅面を洗浄し、感光性レジストを塗布します。フォトツールを通して露光するか、直接描画で回路パターンを形成するため、すべての工場でフィルムを使うわけではありません。露光と現像により、エッチング後に残す銅を定めるレジスト像ができます。清浄度、位置合わせ、露光の管理により、基板内部に埋め込まれる前の段階で欠陥を防ぎます。
4. 内層の銅をエッチングする#
一般的なネガ型レジストを使う内層工程では、現像後のレジストが必要な導体を保護し、露出した銅をエッチング液で除去します。保護レジストはエッチング後に剥離します。この順序は重要です。先にレジストをすべて除去すると、残すべき銅も薬液にさらされてしまいます。
エッチングでは深さ方向だけでなく横方向の除去も管理します。そのため銅厚は、加工できる配線幅と間隔に影響します。細線設計の銅を単純に厚くすることはできず、製造ルールの再確認が必要です。加工後の層を洗浄し、残銅、導体損傷、レジスト残りを確認します。
5. 内層を検査して位置合わせを確認する#
自動光学検査では、加工した銅パターンを準備済みの基準データと比較し、断線、短絡、形状不良の可能性を検出します。疑わしい箇所は状況を踏まえて確認し、機械的に合否を決めるものではありません。位置合わせ用の基準によって、内層同士と後工程の穴加工の位置関係を定めます。
積層接着後は内部にアクセスしにくくなるため、内層検査は積層前に行います。検査記録、トレーサビリティ、許容される補修手順は合意済みの品質計画に従います。光学検査だけでは、絶縁体の健全性や完成基板の信頼性までは証明できません。
6. 多層構造を組み、積層プレスする#
準備したコア、プリプレグ、外層銅箔を承認された順序で重ねます。管理されたプレス工程で熱と圧力を加え、樹脂を流動・硬化させて一体化します。位置合わせ機構がパターンのずれを抑え、工程条件によって樹脂流動、圧密、冷却を管理します。
層構成は任意にシートを重ねたものではなく、工学的に設計した材料の組み合わせです。樹脂量、銅の分布、絶縁層厚、プレス条件が最終形状に影響します。インピーダンス管理と板厚公差は製造前に協議してください。後から絶縁層を変えると、電気特性の再評価が必要になることがあります。
7. 必要な穴を加工する#
ドリルデータと製造工程に従い、機械ドリルで貫通穴などを加工します。エントリ材とバックアップ材が加工を支え、位置合わせ装置が穴位置と内層銅の関係を合わせます。工具径、回転数、工具寿命は材料、穴径、パネル厚、工程能力によって異なり、すべてのPCBに共通する回転数や最小穴径はありません。
加工時の穴径と、めっき後の完成穴径を区別してください。めっきによって開口は小さくなるため、製造業者は完成寸法を満たす工具径と加工代を選定します。マイクロビアではレーザー加工を用いる場合があり、ブラインドビアや埋め込みビアでは途中の段階で穴加工とめっきを行うこともあります。非めっき穴は、指定に従ってめっき部から電気的に分離させます。
8. 穴壁を前処理して導電化する#
穴加工で生じる樹脂スミアや切りくずは、内層銅との接続を妨げる場合があります。洗浄とデスミアで穴壁を整えます。検証済みの工程に応じて、無電解銅めっきまたはダイレクトメタライゼーションにより絶縁面を導電化し、後の電解めっきに備えます。
この工程は導電性の下地を作るもので、すでに積層接着した層を機械的に融合する工程ではありません。穴壁の前処理と銅の析出状態が、層間接続の健全性を左右します。アスペクト比と薬液条件が被覆性に影響するため、要求する穴構造を製造業者の工程に適合させる必要があります。
9. 外層パターンを形成する#
一般的なパターンめっき工程では、外面にフォトレジストを塗布し、露光・現像します。追加の金属を析出させる配線、パッド、めっき穴の位置を開口し、めっき不要部分をレジストで保護します。
フォトツールまたは直接描画を使用できます。画像の極性と露光手順はレジストや工程によって異なるため、「黒は必ず銅を意味する」と一律に説明するのは不正確です。重要なのは、正しく位置合わせされた開口と、安定した析出に必要な清浄な表面を得ることです。
10. 銅を厚付けし、エッチング用保護膜を形成する#
電解めっきで、露出した外層パターンとめっき穴の内壁に銅を析出させます。従来型のスズ保護工程では、必要な銅パターン上に薄いスズ層を追加し、次のエッチングから保護します。
出発材料の銅箔厚と完成銅厚は異なる値です。外層銅には析出した金属が加わり、完成穴壁の銅厚には独立した受入条件があります。銅の分布とめっき条件が厚さの均一性を左右します。購入仕様では、どの完成値を重視し、どの方法で確認するかを明確にします。
11. 不要な外層銅を除去する#
めっき用レジストを剥離し、不要な下地銅を露出させます。必要な導体はスズで保護したまま、露出銅をエッチングで除去します。その後、一時的なスズ膜を除去すると、目的の外層パターンが残ります。別の検証済み製造法では、工程順序が異なる場合があります。
処理後に導体形状と絶縁状態を確認します。表面がきれいに見えるだけでは、埋め込まれた接続部すべての健全性は判断できません。光学検査、電気検査、構造に応じた検査はそれぞれ異なる情報を与えるため、組み合わせて評価します。
12. ソルダーレジストを塗布して硬化する#
ソルダーレジストは基板の指定部分を覆い、実装パッドと指定開口を露出させます。感光性レジストを塗布し、その工程に従って露光、現像、硬化します。パターン形成にはフォトツールまたは直接露光を使用できます。
位置精度、密着性、被覆状態、パッド開口の清浄さが重要な確認項目です。細いレジストダムは、選定した工程と色で製造できる寸法にします。ソルダーレジストは必要な銅間隔の代替ではなく、テント処理したビアも樹脂充填や気密封止がされているとは限りません。
13. 指定の表面処理を施す#
表面処理は露出銅を保護し、実装や接点としての目的に適した表面を作ります。HASL、ENIG、無電解銀、無電解スズ、OSPなどがあり、用途に応じた別の処理も使われます。ENIGはニッケルと金の組み合わせであり、単なる一般的な金コーティングではありません。
部品形状、保管条件、はんだ付け回数、接点用途、信頼性要求に応じて選びます。HASLと平坦な化学処理表面では特性が異なり、万能な処理はありません。表面処理とその他の仕上げ工程の順番は、生産ルートによって変わることがあります。
14. シルクを印刷し、機械加工を仕上げる#
部品番号、極性表示、識別情報をスクリーン印刷またはデジタル印刷で付け、必要に応じて硬化します。表示が露出パッドに重ならず、指定サイズで読めるようにしてください。製造マークと追跡用コードは注文条件に従います。
ルーター加工で外形と切り欠きを形成します。パネル納入では分離用タブを残す場合があり、Vカットでは適用可能な直線の分割位置に溝を入れます。実装条件を考慮してパネルレール、タブ、Vカットの詳細を指定してください。外形加工と電気検査の順序は、取り扱いや治具の条件によって異なることがあります。
15. ベアボードの電気検査と外観・構造検査を行う#
ベアボードの電気検査では、合意した基準ネットリストと判定値に対して導通と絶縁を確認します。ネットへのアクセスにはフライングプローブまたは治具を使えます。誤りを含む同じ製造データだけから試験データを作ると、元の出力ミスを見逃す可能性があるため、独立したCADネットリストが役立ちます。
この試験は、後で実装する製品の動作を保証するものではありません。追加要求には、インピーダンスクーポン、断面観察、寸法検査、その他の検査記録などがあります。出荷後に未取得のデータを求めるのではなく、生産前に必要な証拠を定義してください。目的別の検査についてはPCB検査ガイドで説明しています。
16. 梱包して実装工程へ引き渡す#
最終確認では改訂番号、数量、外形、表面処理、表示、合意した記録を確認します。表面処理と保管条件に応じて、取り扱いによる損傷、汚染、湿気から基板を保護する梱包を行います。受入側は識別情報を維持し、供給業者の取り扱い指示に従います。
実装には、承認済みBOM、部品配置座標、実装図、書き込みまたは機能試験の指示を用意します。正しいベアボードは、良好なPCBAを作るための一要素です。PCBPitの実装サービスは基板製造の要件と合わせて範囲を設定でき、製造前に引き継ぎ内容を定められます。
注文を正式に出す前の確認#
- 出力ファイルと図面をすべて同じ承認済み改訂にそろえる。
- 材料、層構成、完成銅厚、穴、表面処理、公差を確認する。
- DFMの疑問を解決し、設計に影響する変更を承認する。
- 電気検査の判定値と追加で必要な検査記録を指定する。
- オンラインGerberビューアで最終の層データ一式を確認する。
- 実装への引き渡し、梱包、納入条件を合意する。
技術参考資料#
- Ucamco：Gerber仕様と製造データの資料
- Eurocircuits：PCB製造技術
- Eurocircuits：外層エッチングの工程順序
- Multi Circuit Boards：積層プレスの解説
- Bay Area Circuits：ベアボードの電気検査とネットリスト
よくあるご質問#
基板製造と基板実装は同じですか？
異なります。基板製造では部品のない配線基板を作ります。実装では部品を搭載してはんだ付けし、合意した範囲に応じて書き込みや機能試験も行います。
すべてのPCBで写真フィルムを使いますか？
いいえ。フォトツールは画像形成の一方式で、直接描画では別のフィルムを使わずに必要なパターンを形成します。適した方法は工程と設計によって異なります。
なぜ積層前に内層を検査するのですか？
積層して内部に接着されると、パターンに直接アクセスできなくなります。事前の検査により、後工程でさらに加工コストをかける前に欠陥を見つけやすくなります。
電気検査に合格すれば、製品の動作も保証されますか？
いいえ。ベアボードの検査が確認するのは、指定された導通と絶縁です。回路動作、部品実装、ファームウェア、実負荷での運転には別の検証が必要です。