PCB製造プロセス-包括的ガイド

PCB製造プロセスを理解する

すべての主要な電子機器に不可欠なプリント基板(PCB)は、時計や電卓などのシンプルなものを含む、さまざまなデジタル製品に搭載されています。PCBは、電子製品内の電気信号を制御し、デバイスの電気的および機械的回路のニーズを満たします。簡単に言うと、PCBは電気の方向を指示し、電子機器に生命を与えます。

PCBは銅経路のネットワークを介して、その表面全体の電流を管理します。銅経路の複雑なマトリックスは、PCB 回路基板の各セクションの特定の機能を特徴づけています。

PCBを設計する前に、回路設計者はPCBショップを訪れ、PCB製造のニーズについてメーカーに直接相談することをお勧めします。このアプローチは、設計段階での潜在的な不必要なエラーを排除することができます。しかし、ほとんどの企業がPCB製造の問い合わせを海外のサプライヤーに委託しているため、この方法は現実的ではありません。そのため、この記事では、PCB製造に関わる手順について十分な理解を提供するために、次のような記事を紹介します。 PCBボード製造.私たちは、回路設計者やプリント基板業界への新規参入者に、プリント基板がどのように製造されるかについて透明な視点を提供し、不必要なミスを避ける一助となることを願っています。

PCB製造の手順

ステップ1:青写真とアウトプット

設計者がPCB設計ソフトウェアを使用して計画したPCBレイアウトは、回路基板と厳密に互換性がなければなりません。Altium Designer、OrCAD、Pads、KiCad、Eagleなどが一般的に使用されるPCB設計ソフトウェアです。注:PCBを製造する前に、設計者は回路を作成するために使用したPCB設計ソフトウェアのバージョンを契約メーカーに通知する必要があります。

製造用PCB設計の承認後、設計者は設計をメーカーが推奨するフォーマットに変換します。最も広く使用されているプログラムは、拡張ガーバーである。1980年代のベビーフードの広告キャンペーンは魅力的な幼児を求めており、このソフトウェアは雄弁にデザインされた子孫を生成する。ガーバーはIX274Xとしても知られている。

拡張ガーバーはPCB業界で最適な出力フォーマットとして認識されるようになりました。様々なPCBデザインソフトウェアが異なるガーバーファイル生成ステップを要求するかもしれませんが、全ては銅のトラッキング層、ドリル図面、開口部、コンポーネント表記、その他の設定を含む重要な情報をエンコードします。PCB設計のすべての要素は、この段階で検査されます。ソフトウェアが設計に監視アルゴリズムを適用することで、エラーに気づかれないようにします。設計者はまた、トラック幅、ボードエッジ間隔、トレースとホール間隔、ホールサイズに関連する要素を考慮して設計を精査します。

厳密な検査の後、設計者はPCBファイルを製造のためにPCボードハウスに渡します。設計が製造プロセス中の最小公差の要件を満たしていることを保証するために、ほぼすべてのPCBファブハウスは、回路基板の製造に先立ち、製造のための設計(DFM)チェックを行います。

ステップ2:ファイルをフィルムに変換する

プリント基板の印刷は、設計者がプリント基板の回路図ファイルを出力し、メーカーがDFMチェックを行った後に開始される。メーカーは、PCBの写真フィルムを作成するために、プロッターと呼ばれる独自のプリンターを採用している。技術的にはレーザープリンターだが、標準的なレーザージェット・プリンターではない。プロッターは、PCB設計の非常に詳細なフィルムをレンダリングするために、非常に精密な印刷技術を利用しています。

最終的な出力は、PCBの写真ネガが黒インクで描かれたプラスチックシートである。PCBの内層については、黒インクはPCBの導電性銅部分を意味する。画像の残りの透明部分は、非導電性材料の領域を表しています。外側の層は逆の配置で、クリアは銅を表し、黒はエッチングされる領域を特徴づける。プロッターはフィルムを自動現像し、フィルムは偶発的な接触を防ぐために安全に保管される。

PCBとソルダーマスクの各層には、それぞれ個別の透明フィルムと黒色フィルムが貼られる。まとめると、2層PCBには4枚のシートが必要である。重要なのは、すべてのフィルムが互いに完全に一致していることです。一緒に使用すると、PCBのアライメントをレイアウトすることになります。

すべてのフィルムのアライメントを完璧にするため、すべてのフィルムにレジストレーション・ホールを開ける。穴の精度は、フィルムが載っているテーブルを調整することで得られる。テーブルを微調整し、理想的な位置が決まったら、穴を開ける。この穴は、次の画像処理工程でレジストレーションピンと位置合わせされる。

ステップ3:内層の印刷:銅をどこに入れるか?

先のステップでフィルムを作る目的は、銅線路の設計図をレイアウトすることだった。さて、フィルム上の画像は銅箔に印刷されなければならない。

PCBを製造する手順では、まずPCBを実際に作成する準備をする。基本的なPCBのセットアップは、基板材料としても知られるエポキシ樹脂とガラス繊維からなるラミネート基板から始まります。このラミネートは、PCBの外形を構成する銅の受け皿として機能します。頑丈で埃に強い基板材料は、PCBの優れた発射台として機能する。銅はあらかじめ両面に接着されている。進行は、フィルムから青写真を明らかにするために銅を切り取ることを含む。

清浄度の維持はPCB形成において極めて重要である。銅を含むラミネートは洗浄され、滅菌ゾーンに運ばれます。この段階では、汚染物質がラミネートの表面を損なわないことが重要です。もし見落としてしまうと、わずかなホコリでも回路をショートさせたり、オープンのままにしてしまう可能性があります。

その後、洗浄されたばかりのパネルにフォトレジストと呼ばれる感光性コーティングが施される。この層には光に反応する化学物質が含まれており、紫外線にさらされると強度を増す。これにより、フォトフィルムとフォトレジストの正確な相関が保証される。フィルムは、ラミネート・ボード上の位置を維持するピンの上に配置される。

フィルムとパネルが同期し、UV光が照射される。この光は透明フィルム部分を照らし、下地の銅にフォトレジストを固着させる。プロッターの黒インクは、柔らかいままとみなされる部分に光が届かないようにし、除去を意味する。

基板の準備が終わると、アルカリ溶液を塗布し、残っている未硬化のフォトレジストを洗い流す。最後に圧力洗浄を行い、基板が乾燥する前に表面に残留する可能性のある物質を除去する。

最終的には、最終的な成果物の一部となることを意図した銅セグメントの上に、レジストが適切に重ねられた製品となる。技術者が基板を精査し、この段階でミスがないことを確認する。この時点で存在するレジストは、完成したPCBに現れる銅を意味します。

この段階は、2層以上の基板にのみ適用される。基本的な2層基板は穴あけ工程に入る。多層基板は、さらなる段階が必要となる。

ステップ4:余分な銅の除去

フォトレジストが剥離され、固化したレジストが目的の銅を保護した状態で、基板は不要な銅の除去に移ります。アルカリ溶液でレジストを除去したのと同様に、強力な化学薬品が過剰な銅を溶かします。銅ソルベント溶液浴は、すべての裸銅を拭き取ります。一方、狙った銅はフォトレジストの硬化層の下で厳重にシールドされたままです。

銅の板によって規格は異なります。より重い銅板の場合、より大量の銅溶剤を必要とし、露光時間もまちまちです。特筆すべきは、重い銅基板はトラックの間隔に特に注意を払う必要があるということです。標準的な PCB の大半は、同じ仕様で成り立っています。

溶媒で必要でない銅を消し去ったら、今度は優先順位の高い銅を保護する硬化したレジストを洗い流す番だ。別の溶剤でこれを実現します。基板は、PCBに必要な銅基板だけで輝きます。

ステップ5:レイヤー同期と光学検査

レイヤーをきれいに整え、位置合わせのためのパンチ穴が必要になる。内側のレイヤーを外側のレイヤーに合わせるには、見当合わせ用の穴が必要です。正確に対応させるため、技術者はレイヤーをオプティカルパンチと呼ばれる装置の上に置きます。ここでレジストレーションホールの正確なパンチングが行われます。

セカンド・デバイスが自動光学検査を行い、レイヤーを組み立てる際に潜在的な欠陥を発見する。メーカーに渡されたガーバーの設計図が基準となる。この機械はレーザーセンサーでレイヤーをスキャンし、デジタル画像と元のガーバーファイルを電子的に並置する。

矛盾が目立つ場合は、技術者が評価できるように画面に表示される。検査で問題がなければ、レイヤーはPCB製造の最終段階に進む。

ステップ6:レイヤーアップと接着

回路基板はこの段階から形になり始める。分離されたすべての層が、相互接続のためにキューに並ぶ。レイヤーの説明と確認が終わり、残された唯一のタスクはレイヤーの統合である。外層は、レイヤーアップとボンディングという2つのステップで基板と結合しなければならない。

外層の素材は、エポキシ樹脂をあらかじめ染み込ませたガラス繊維のシートで、プリプレグとして知られている。また、銅のトレース・エッチングが施されたオリジナルの基板の上部と下部は、銅のフィルムで覆われている。これらの素材が一緒にプレスされる時が来た。

接着は金属クリップを使用し、重いスチールテーブルの上で行われる。レイヤーはテーブル上のピンにしっかりとセットされる。アライメント時のズレを防ぐため、すべてがぴったりと圧着される。

最初に、プリプレグシートが技術者によってアライメントベイスンの上に配置される。プリプレグの上に基材層が注意深く敷かれ、続いて銅シートが敷かれる。さらにプリプレグ層が銅シートの上に配置され、最後に銅プレス板とアルミ箔が配置される。その後、組み立て全体をプレス用にセットアップする。

ボンディング・プレスのコンピューターによって制御され、すべての工程が自動シーケンスで行われる。アセンブリの加熱、必要な圧力を加えるタイミング、スタックを安定的に冷却するタイミングを指示します。

その後、ちょっとした解体がある。すべての層が1つの素晴らしいサンドイッチに融合された多層PCBは、技術者によって効率的に開梱される。これには、固定ピンを取り外し、上部のプレッシャープレートを処分し、アルミニウム・プレス・プレートのシェルに収納されたPCBを露出させることが含まれる。この工程で使用される銅箔は、PCBの外部層として機能します。

ステップ7:ドリル

その後、スタック・ボードに正確な穴が開けられる。銅で接続されたビアホールやリード・セグメントなど、今後使用される部品は、このドリル穴の精度に左右される。

X線ロケーターが正確なドリルターゲットを決定し、その後の特定の穴のためにスタックボードを安定させるための適切な登録穴が作られる。

プレドリルでは、ドリルターゲットの下に緩衝材ボードをセットし、きれいなドリルを確保する。出口材料は、ドリルが抜ける際に不必要な引き裂きを抑止する。ドリルの各微小動作はコンピューターによって制御される。初期設計のデジタル・ファイルを使用して、ドリルの位置を特定する。

エアーは毎分15万回転でドリルのスピンドルを回転させる。この速度にもかかわらず、穴あけには多数の穴が必要なため時間がかかる。その後、これらの空洞にPCBのビアと機械的取り付け穴を取り付け、最終的な取り付けはメッキ後に行われる。

穴あけが終わると、プロダクション・パネルの縁を覆っている銅がプロファイリング・ツールで取り除かれる。

ステップ8:メッキと銅析出

穴あけ後、パネルはメッキに進む。化学蒸着はこの工程で様々な層を融合させる。徹底的な洗浄の後、パネルは一連の化学浴に入り、パネル表面に約1ミクロンの薄い銅の層を作り出します。この銅が新しく開けられた穴に入り込む。

以前は、穴の表面は単にパネル内部のガラス繊維で構成されているだけだった。銅浴は穴の壁を均一にめっきします。その結果、パネルに新しい銅層が形成され、特に新しい穴が覆われる。コンピュータがディッピング、除去、加工の全工程を監督します。

ステップ9:アウターレイヤーのイメージング

パネルにフォトレジストを使ったステップ3を覚えていますか?もう一度、今度は外層をPCBデザインで画像化します。層表面にパーティクルが付着しないよう、無菌状態で手順を開始する。その後、フォトレジストの層がパネルに塗布される。フォトレジストにとって有害なUVライトは、黄色い光の波長のため使用されない。

黒インクの透明紙は、パネルとの位置ずれを防ぐため、ピンでしっかりと固定されている。パネルとステンシルが接触すると、強い紫外線が照射され、フォトレジストが硬化する。その後、墨インキの不透明性によって保護されていた未硬化のレジストを機械で剥がす。

この工程は、基本的に内層に使用される工程と逆である。最後に、前工程で不要なフォトレジストがすべて除去されたことを確認するため、外側のプレートを検査する。

ステップ 10:メッキ

電気メッキのセクションに戻り、ステップ8と同じように、パネルに薄い銅層をコーティングする。前のフォトレジスト工程で露出したパネル部分に電気めっきを施す。パネルは通常、錫めっきに進む前に、最初の銅めっき浴を受けます。これにより、除去予定の残留銅の除去が容易になります。錫めっき層は、その後のエッチング工程で銅めっきを残すパネル部分を遮蔽する重要な役割を果たします。エッチング工程では、パネルから余分な銅箔を取り除きます。

ステップ 11: エッチングの仕上げ

保護スズ層は、この段階で必要な銅を保護する。必要でない銅や、レジスト層の下に残っている銅は取り除かれます。錫層が重要な銅の部分を保護し続ける間、余分な銅を取り除くために、もう一度化学処理が行われます。

この段階で、すべての導電領域と接続が正しく確立される。

ステップ12:ハンダによるマスキング

ソルダーマスクを塗布する前にパネルを洗浄し、両面にエポキシソルダーマスクインクを塗布する。パネルはソルダーマスク用フォトフィルムを通してUV光にさらされ、覆われた部分は未硬化のまま剥離可能な状態になる。

最後に、基板をオーブンに入れてソルダーマスクを固定する。

ステップ13:表面の仕上げ

はんだ付け性を高めるため、PCBに金または銀の化学めっきを施す。特定のPCBはまた、均一なパッドをもたらし、表面仕上げを作成し、この段階でホットエアレベリングを受けます。PCBPitは、顧客の要件に応じて様々な表面仕上げ技術を提供しています。

ステップ 14: シルクスクリーン

基板は、重要なPCBの詳細を示すインクジェット書き込みを施すことで完成に近づく。

ステップ15:電気テスト

機能性と元の設計との整合性を確保するために、技術者によってPCBの包括的な電気テストが行われます。PCBPitは、各ベア基板の電気的性能をテストするためにモバイルプローブを使用する拡張フライングプローブテストを提供しています。

ステップ16:プロファイリングとVスコアリング

究極のステップでは、ルーティングまたはV字溝加工のいずれかの技法を用いて、マスターパネルから異なるボードを分割する。ルーティングはボードの境界線に沿って小さなタブを残すが、V溝加工はボードの両側に斜めに溝を入れる。どちらの方法でも、パネルから基板を簡単に取り外すことができる。

信頼できるPCBメーカーをお探しですか?PCBPitがお手伝いします!

このように、PCB製造プロセスには多大な労力が必要です。お客様のPCBが品質、性能、耐久性の基準を満たしていることを保証するためには、全工程を通じて品質を重視し、トップクラスの専門知識を持つメーカーを選ぶことが不可欠です。

PCBPitは、中国の主要なカスタムPCB製造プロバイダの1つであり、当社の業務において、クライアントの成功を最優先することにより、成功にコミットします。すべての製造ステップは、細部への最大限の注意を払っています。当社は真空包装、計量、安全な配送などの追加サービスを提供し、お客様のPCB注文が損傷なく届くことを保証します。80カ国に及ぶ多数の企業にサービスを提供してきた当社のビジョンは、製造されたPCBをグローバルにお届けすることです。

私たちのサービスは、クイックターンPCBプロトタイピング、大量PCB生産、およびアセンブリを網羅しています。お見積もりは無料です。

シェアする

その他の投稿

プリント基板 2

インドのベストPCBメーカー10社

インドのベストPCBメーカー10社 インドの電子機器製造事情は、近年大きな変貌を遂げており、プリント基板(PCB)製造が盛んになっている。

ACのPCB

ACのPCBとは?

PCBとは?エアコンは私たちの日常生活に欠かせないものとなっています。

SMTライン

SMTラインとは?究極のガイド

SMTラインとは?究極のガイド 表面実装技術(SMT)は、高品質の大量生産を可能にすることで、電子機器製造業界を変革しました、

ja日本語