プリント基板製造の解説：最適な結果を得るための主要ステップと設計のコツ

キーワード: プリント基板製造

プリント基板（PCB）は、あらゆる重要な電子機器の中心的な役割を果たしています。この驚くべき発明は、デジタル時計や電卓などの単純なものから始まるほぼすべての計算電子機器に現れています。簡単に言えば、PCBは搭載する電子部品の電気回路を相互接続し、その回路の電気的および機械的機能を実行します。要約すると、PCBは電気の流れを指示し、あなたの電子機器に命を吹き込みます。回路設計者は、PCB設計に着手する前にプリント基板工場を訪れ、製造業者とPCB製造における自らの要件について密に話し合うことが推奨されます。これは、設計者が、それほど必要でない場合に設計段階へ誤りが伝わるのを防ぐのに役立ちます。一方、組織が海外サプライヤーへのアウトソーシングを通じてより多くのPCB製造に関する問い合わせを求めている場合、これは非現実的になります。このため、本記事は、PCBボードの製造工程ステップについて適切な理解を提供するために用意されました。おそらく、これはPCB業界に関する知識が少ない回路設計者や個人に、それがどのように作成されるかの展望を提供し、そうした誤りのいくつかを防ぐのに役立つでしょう。

この構築の側面での見落としは、PCB開発プロセスにおいて多くの問題を引き起こす可能性があります。これらは、ボードが製造できないことから、低歩留まり、さらには現場での早期故障にまで及びます。一方で、設計上の措置によって、これらの時間とコストがかかる不測の事態を緩和する方法があります。まず、「PCB製造プロセスとは何か？」という質問に答え、それからPCB開発プロセスを理解するこの側面の重要性について議論しましょう。

PCB製造プロセスには何が含まれるのか？

頭の中にある回路図やアイデアが、そのアイデアを実現するために必要なさまざまなステップとどのように結びついているかを理解せずに、直接製造に移行することはあまり有用ではないかもしれません。PCB製造プロセスを適切に定義するためには、まず他のいくつかの関連用語とそれらの相互関係を説明することが有用でしょう。

PCB開発：最も簡単な言葉で言えば、PCB開発は回路基板を設計し、生産準備を整えることと説明できます。これには通常、構造的、機械的、電気的、電子、計装・制御設計、製造、テストの3つの段階が含まれます。最も基本的な設計を除くすべてにおいて、これは開発に許された時間内で達成可能な最高品質の設計に到達するために繰り返し行われます。

PCB製造：PCB製造は、ボードレイアウトを作成する実際のプロセスです。これはボード製造から始まる2段階のプロセスであり、プリント基板アセンブリまたはPCBAを含みます。

PCBテスト：PCBテスト（しばしばブリングアップとして知られる）は、製造後のPCB設計の最終ステップの一つです。開発中のテストは、ボードが計画された動作機能を効果的に実行する能力を評価します。他の開発段階と同様に、この段階では、最適な性能に到達できないために変更が必要な箇所も含め、すべての欠陥や誤りが検出され、それらの変更を統合するための別のサイクルが開始されます。

プリント基板アセンブリ：プリント基板アセンブリまたはPCBAは、PCB製造の第2のプロセスまたは第2ステップとして知られており、はんだ付けによって個々のボード部品をこのベアPCBに実装することを含みます。

PCB製造プロセス

PCBファブリケーションとは、回路基板の設計が設計パックのデータに従って構造に変換されるプロセスまたは手順を意味します。この物理的実現は、以下のアクションまたは技術を通じて達成されます：銅張積層板への意図されたレイアウトのエミュレーション

内層の銅の厚さを減らしたり、単に一部を削り取ったりして、トレースとパッドを露出させること。

PCB層スタックアップのファブリケーションには、高温での基板材料の積層が含まれます。

実装場所、スルーホールピン位置、およびビアの作成

銅層をトレースおよびパッドレベルまで洗浄または剥離すること

ピンホールとビアホールは重要なメッキ機能です。

ソルダーマスクなどの層を適用して表面を保護すること。

シルクスクリーン印刷による参照と極性、表面のロゴやその他のマーキングの指示

さらに、表面の銅部分にオプションの仕上げを施す場合があります。

では、PCB開発にとってこれが何を意味するのか探ってみましょう。

PCBファブリケーションプロセスを熟知すべきか？

この質問は可能であり、おそらく問うべきです：PCBファブリケーションプロセスの知識は有用か？と自問できるでしょうか。しかし、PCBファブリケーションは設計タスクではなく、製造業者（CM）に委託するアウトソーシングタスクです。ただし、CMに与えられた標準に厳密に従って実行されるとはいえ、ファブリケーションは設計活動ではないことに注意することが重要です。

残念ながら、ほとんどの場合、CMはあなたの設計意図や性能目標に関する情報を持っていません。

製造可能性：あなたの基板が製造可能かどうかは、以下の多くの特徴に依存します。これらは、基板表面の特徴とエッジとの間に適切なクリアランスがあることを確認するチェック、および選択された材料が、特に無鉛はんだ付けを行う際のPCBAに対処できる十分に高いCTE（熱膨張係数）を持っていることを確保することを含みます。これらのいずれかが、再設計なしでは基板が構築できない状況を招く可能性があります。一般的に、基板構築のコストは、これらの理由や予期せぬ再設計要求によっても影響を受けます。さらに、設計をパネル化することを決定する場合、事前の計画なしにはそれも不可能でしょう。

歩留まり率：ファブリケーションの問題が存在しても、あなたの基板が正常に製造されることを妨げるものは何もないことを指摘すべきです。例えば、CMの設備をその公差限界までテストするような制限パラメータは、使用できない基板の数を増加させることになります。

信頼性：基板の特定の用途に基づき、IPC-6011に従って分類されます。リジッドPCBには、規定された性能信頼性の程度を提供するために、基板構造に対する規定要件を確立する3つの分類レベルがあります。アプリケーションの必要とするレベルよりも低い定格で基板を設計しようとすることは、非常に不安定な性能や完全な基板故障を確実にもたらすでしょう。

したがって、この質問に対する答えは、断然「はい」です！これが、PCBファブリケーションプロセスを理解することが極めて重要である理由です。なぜなら、このステップでの決定は、PCB開発プロセス、ファブリケーション、さらにはデバイスの動作段階に至るまで反響を生み出す可能性があるからです。設計における要因としてのPCBファブリケーションプロセスに関する知識不足から生じる可能性のある問題から身を守る唯一の真の防御策は、あなたのCMの能力に基づいたDFM（製造設計）ルールとガイドラインの適用です。

他の時間消費や追加の製造コストから保護するためにDFMから最大の利益を得るには、戦略的で効率的な設計分析が必要です。ドキュメントオートメーションツールパッケージと同様に、PCB製造段階でCMを支援するいくつかの複雑で詳細なビューを生成することが可能です。