プリント基板製造プロセスでは、プリント基板はどのように作られるのか？

キーワード: プリント基板メーカー、プリント基板メーカー、プリント基板製造

プリント基板が今日、事実上すべての電子回路の基盤であるにもかかわらず、その重要性はしばしば過小評価されています。それにもかかわらず、このハードウェア分野における革新は進化し続けています。必要とされる複雑さの増大に対応するため、配線幅はより細く、基板はより多層化し、設計基準は向上しています。これらの進歩により、より小型のSMTデバイスを扱うことや、はんだ付け製造技術をサポートすることが可能になっています。

プリント基板製造プロセスを完了するための手法とバリエーションはいくつか存在します。様々な細かい違いはあるものの、プリント基板製造プロセスにおける主要なステップは基本的に同じです。

プリント基板の構成要素

プリント基板を作成するためには、様々な材料が使用される可能性があります。最も一般的なのは、FR4と呼ばれるガラス繊維ベースの基板材料です。これは温度変化に対する十分な強度を提供し、劣化が少なく、過度に高価ではありません。低コストの民生品に使用されるプリント基板には、他のより安価な材料も利用可能です。高性能な高周波設計にはPTFEベースのプリント基板を使用できますが、これらは扱いが非常に難しく、低損失と基材の誘電率の安定性が極めて重要となります。

まず最初に、部品用の配線を持つプリント基板を作成するには、銅張積層板を用意する必要があります。

これは、通常FR4などの基材に、通常両面に銅張層を施したものです。この銅張層は、ブロックに貼り付けられた薄い銅箔の層で構成されています。FR4の場合、この接着は通常非常に強力ですが、PTFEは本質的に接着が難しいため、PTFEプリント基板の製造は非常に困難になります。

基本的なプリント基板製造プロセス

次のステップは、ベアプリント基板が選択され用意された後、基板上に主要な配線パターンを作成し、不要な銅を除去することです。プリント基板メーカーによる製造時には、化学的エッチングが一般的にプリント基板作成に使用されます。塩化第二鉄は、プリント基板が最も頻繁に曝されるエッチング液の種類です。

正しい配線パターンは、写真技術によって得られます。通常、ベアプリント基板の銅面は、薄いフォトレジストの層で覆われます。その後、適切な配線パターンがビジュアルフィルムまたはフォトマスクに詳細に描かれ、それが光に露光されます。つまり、配線の画像がフォトレジストに転写されるのです。これが完了すると、フォトレジストを現像液に入れ、基板上の必要な配線部分のみを覆っていることを確認します。

その後、プリント基板は次のステップで塩化第二鉄に浸され、不要な銅や配線を除去します。エッチングに必要な時間は、塩化第二鉄の濃度と基板上の銅の厚さによって決まります。プリント基板をエッチング液に過度に長く浸しておくと、フォトレジストが損傷する傾向があります。

プリント基板メーカーによるプリント基板の大部分は写真処理を用いて製造されますが、代替手段も存在します。一つは、非常に特殊で精密なミリングマシンを使用する方法です。その後、機械は不要な部分の銅を除去するようにプログラムされます。この制御は確実に自動化されており、プリント基板設計ソフトウェアが生成したファイルによって駆動されます。

多層プリント基板

電子回路の複雑化が進むにつれ、プリント基板の両面だけを利用して必要な全ての配線を配置することは、一般的に考えられません。高密度マイクロチップや同等のシートが構築される際、この状況はむしろ頻繁に発生します。このような状況では、多層シートが不可欠です。

多層プリント基板の製造は、単層基板の製造と同様の手法に従いますが、はるかに高いレベルの精度と製造プロセス制御を必要とします。

各層の基板は、はるかに薄い個々の基板から作られ、これらはすべて結合されてプリント基板を形成します。完成したプリント基板が過度に厚くなるのを防ぐため、層数が増えるにつれて個々のシートはより薄くする必要があります。また、どの穴も正確に位置合わせされることを保証するために、層間の位置合わせも非常に正確でなければなりません。

基板は加熱され、結合材を硬化させて複数の層を接着します。これにより、特定の反り関連の問題が発生する可能性があります。大型の多層シートが適切に構築されていない場合、反りが生じる可能性があります。これは、例えば内部層の一つがグランドプレーンや電源プレーンである場合に起こりやすくなります。

プリント基板の穴とビア

プリント基板には、異なる位置で様々な層を接続するために、スルーホールまたはビアとも呼ばれる穴が必要です。さらに、プリント基板上にリード部品を実装するためにも穴が必要になる場合があります。また、密封する必要のある穴も存在するかもしれません。

基板の層を電気的に接続するために、穴の内面にはしばしば銅層が設けられます。この「メッキスルーホール」を作成するには、メッキ工程が用いられます。これにより、基板の層をこの方法で接続することができます。

例えば、基板の内部層を接続する際には、基板の中心部にのみ存在する必要がある特定の穴が必要になる場合があります。プリント基板の層が接着される前に、これらの「ブラインドビア」は適切な層に穴あけされます。

プリント基板のはんだメッキとソルダーレジスト

プリント基板をはんだ付けする際、はんだ付けすべきでない部分を保護するために、ソルダーレジストの層を追加することが不可欠です。この層を設けることは、はんだによって引き起こされるプリント基板シート上の意図しない短絡を防ぐのに役立ちます。基板は、通常ポリマー層で構成されるソルダーレジストによって、はんだやその他の汚染から保護されます。通常、ソルダーレジストは濃い緑色または赤色をしています。

露出した基板部分は、通常、基板に追加される部品（リード部品またはSMT部品）が基板にはんだ付けしやすくなるように、「ティンニング」または「メッキ」で処理されます。

プリント基板のシルクスクリーン

プリント基板には、テキストを印刷したり、追加の微細な印刷刻印を加えたりすることが頻繁に必要です。これは、欠陥発見を容易にするための部品位置の指定など、基板の識別に役立ちます。露出基板の様々な製造工程が完了した後、プリント基板設計ソフトウェアによって生成されたシルクスクリーンを用いて、基板にマーキングが追加されます。

プリント基板製造プロセスは、電子機器製造のライフサイクルにおける重要な段階です。プリント基板製造におけるいくつかの最先端技術的進歩の採用により、シートの耐久性だけでなく、部品や配線サイズの縮小においても、重要な進歩が達成されるようになりました。