プリント基板製造プロセスフローの極意

Before the advent of circuit boards, circuit connections were made by point-to-point wiring. However, as the service life of electronic products increases, the aging phenomenon of circuits becomes more and more detailed. This is a serious line reliability problem, and the rupture of the line will lead to an open circuit or short circuit of the line node. In order to deal with these issues, new PCB manufacturing technologies have been adopted. In this article, FS Technology will split each step of the PCB fabrication process and give a detailed explanation and presentation. Next, let’s watch a video of the PCB manufacturing process from youtube.

I believe that after watching the above PCB manufacturing process video, you have a deeper understanding of how to manufacture PCB boards, then we will enhance your impression in the form of text.

PCB製造工程フロー図

科学技術の発展に伴い、より多くの PCBの種類.面や層の数によって、プリント基板は単層、二層、多層プリント基板、片面プリント基板、両面プリント基板などに分けられます。プリント基板の種類によって、製造工程が異なります。側面の数が多ければ多いほど、プリント基板の製造工程はより複雑になります。以下は、FS TechnologyのPCB製造フローチャートです。

Single-sided PCB manufacturing flow chart:

Single-layer boards are the simplest type of boards, so the manufacturing process is relatively simple, but as the number of stacked layers of printed circuit boards increases, the complexity and number of steps increases.

Complete single-layer PCB manufacturing flow chart

Double-sided PCB f嗜好品 flow chart:

The difference between the manufacturing steps of single-layer and double-layer PCB can be clearly found from the upper and lower comparison diagrams. In fact, PCB manufacturers do not need to carry out copper sinkingpattern plating when manufacturing single-layer panels, but circuit structures with more than two layers do.

manufacturing process of double sided pcb

Multilayer PCB manufacturing process flow chart

We call a circuit structure with more than two layers a multilayer printed circuit board. As the number of layers increases, manufacturers need to add more inner layer processes and laminations when manufacturing these boards.

多層プリント配線板製造工程

プリント基板製造の全工程

プリント基板を作る最初のステップ:設計

設計はPCB製造の重要なステップであり、通常、我々はそれをPCB設計またはPCBレイアウトと呼んでいます。基板は厳密に互換性がなければならず、設計者は以下のような方法でPCBレイアウトを作成します。 PCB設計ツール.  The PCB design steps can be subdivided into the following links:

PCBスケマティック。回路基板上の部品の接続を表現するために用いられる図。回路図の作図は、回路基板製造工程の中心であり、回路基板の生命線とも言える。回路図の出来栄えはプロジェクトの出来栄えと密接に関係している。

PCBダイアグラム。基本的な電子部品の取り付け図のことです。PCB基板は、絶縁板の上に金属箔を被せ、金属箔の不要な部分を腐食させることである。残った金属箔をPCBA部品の接続に使用し、最終的にPCB図のマークに従って部品を組み立てる。

BOMファイル。これは、ターンキー・プロジェクトのために、これらの文書が必要とされる、調達文書を指します。 PCBA部品調達 およびパッチ加工、ハンダ付けを行います。

Component Footprint Library(コンポーネントフットプリントライブラリー)。回路図に使用するコンポーネントのプロトタイプライブラリです。

PCBパッケージライブラリ。PCB基板上のチップ抵抗やコンデンサなどの外付けパッケージライブラリです。

CAMファイル:ガーバーファイルとNCドリルファイルを指し、あらゆる設計ソフトウェアで出力可能で、主にプリント基板メーカーで使用されています。

プリント基板の設計には設計ツールが必要です。ここでは、FS Technologyがお勧めする人気のアプリケーションをいくつかご紹介します。Altium、Eagle、KiCad、Cadence、OrCAD、Pads、などです。

注意:PCB製作の前に プロセス設計者は、回路設計に使用したPCB設計ソフトウェアのバージョンを契約メーカーに知らせることで、違いに起因する問題を回避することができます。 PCB設計が製造に承認されると、設計者は設計をメーカーがサポートする形式にエクスポートします。最も一般的に使用されているのは、ガーバーと呼ばれるプログラムです。

プリント基板製造の第2工程。CCL製造

CCLはリジッドCCLとフレキシブルCCLに分けられる基板材料である。銅張積層板は、回路における信号の伝送速度、エネルギー損失、特性インピーダンスを決定する重要な役割を担っています。プリント基板では、相互接続の導通、絶縁、支持の役割を担っている。詳細なCCLの製造工程は以下の通りです。PP切断→仮積層→組み合わせ→プレス→分解→切断検査→梱包→保管→出荷。回路基板のコアとして、CCLの表面の埃は、最終的な回路の短絡や開回路を引き起こす可能性があるので、我々は、PCBの製造工程で洗浄リンクを追加する必要があります。

銅張積層板の製造

下図は、10層プリント基板の内層を詳細に説明したものです。実際には、プリント基板は銅張積層板とプリプレグを介した銅フィルムで接着されている。製造順序としては、一番真ん中のコア基板から順に、連続的に積み重ねていき、固定することになります。

10層PCBの内部層図

プリント基板製造の第3工程。インナーライン

CCLを洗浄した後は、その後の画像転写に備え、PCB基板の表面に感光膜を貼り付ける必要があります。このフィルムは、光を当てると硬化する性質を持っています。そのため、このフィルムを使って、CCLの銅箔に保護膜を形成することができるのです。

CCLをドライフィルムで覆う

PCBレイアウトフィルムの積層位置を正確に配置するために、2層構造のPCBレイアウトフィルムと2層構造の銅張積層板を上層に挿入する必要があります。

PCBラミネートフィルムの正確な配置

上記の準備が完了した後、感光性フィルムに光を照射して硬化させるが、これは基板の画像を感光性フィルムに転写するためである。フィルム内には光を透過する部分と不透明な部分がある。感光フィルムが感光体を通過する際に、光透過部の感光フィルムを紫外線ランプで硬化させる。 硬化した部分が必要なプリント基板の内部回路となり、未硬化部分を灰汁で除去するのです。

PCB感光性フィルムを露光する

感光膜が剥がれ、残したい銅が硬化したレジストに覆われた状態で、CCLは次の段階として不要な銅を除去することになります。アルカリ性溶液でレジストを除去するように、より強い薬液で余分な銅を除去するのです。銅の溶剤浴は、露出した銅をすべて除去します。同時に、残したい銅は、フォトレジストの硬化層で完全に保護されたままです。

すべての銅板が同じというわけではありません。重い基板では、より大量の銅ソルベルトを必要とし、露光時間も異なります。また、銅板が重い場合は、トラックの間隔に特に注意が必要です。ほとんどの標準的なPCBは、同様の仕様に依存しています。

プリント基板内層製造の最終工程

プリント基板製造工程の第4段階。AOI検査

PCBAテスト 目視検査、AOI光学検査、電気検査、機能検査など、様々な種類があります。通常、AOI検査はSMT組立完了後に行われますが、PCBの歩留まりを確保するために、内層回路製造工程完了後にもAOI検査が必要です。なぜなら、回路基板がラミネート工程に入ると、内層に異常が見つかっても修正できないからです。銅張りの積層板は、AOI検査装置に入る。スキャン後、装置は不良画像のデータをVRSに送信し、委託者が責任を持ってオーバーホールを行う。

AOIテスト

正式なPCB製造のリンクです。ラミネート加工

ラミネーションとは、その名の通り、プリント基板の各層を貼り合わせ、外層と内層を結合することを指し、「剥離」と「結合」の2つの工程で行われる。この工程は、実際に プリント基板製造 の工程を経るため、私たちが目にする緑色の基板(あるいはその他の色)は、ラミネート加工後に形成されたものである。プリント基板の基本形は、エポキシ樹脂とガラス繊維を芯材とする積層板で、前述の銅張積層板は基板材料とも呼ばれる。このリンクでは、新しい原材料であるプリプレグを使用する必要があります。この材料は絶縁性に優れ、コア基板とコア基板、コア基板と外装銅箔の接合を助けることができる。

積層する。プリント基板の内層構造では,あらかじめ下部の銅箔と2層のプリプレグをアライメントホールと下部の鉄板を介して固定し,次に製作したコア基板をアライメントホールに配置し,最後に2層のプリプレグと1層の銅箔と1層の耐圧アルミ板でコア基板を覆います。

PCB lamination process

ボンディングを行います。ラミネートが完了した後、鉄板でクランプしたプリント基板をホルダーに乗せ、真空熱プレスに送ってラミネートします。高温でプリプレグ内のエポキシ樹脂を溶かし、最後に大気圧の作用でコア基板と銅箔を固定する。

真空熱プレスによるプリント基板ラミネーション

以上の工程を経て、プリント基板の上層にある鉄板と耐圧アルミ板を除去します。この時、PCBの両面に平滑な銅箔が張られ、ラミネート加工は完了します。追記:アルミ板は耐圧機能の他に、異なるPCBの分離とPCBの外側の銅箔を平滑にする役割も担っています。

上記の手順は、4層以上の回路基板を製造する場合にのみ使用されます。

プリント基板製造の6番目の工程。ドリル加工

PCB穴間隔

積層基板に穴を開けるのは、4層の銅を非接触で接続するためで、基板に実装されるすべての部品は、この精密な穴あけの精度に依存している。ドリルの直径は人間の髪の毛よりも細く、約100ミクロン。精密な穴あけを実現するためには、コンパクトな測定器を用いて、次のような手順を踏む必要がある。

まず、プリント基板全体を貫通させ、穴の壁をメタライズして電気を通す必要があります。この小さな穴を見つけるためには、高性能なX線ドリル装置によって、プリント基板の内核の正確な位置決めが必要です。CCLで穴位置を見つけた後、穴あけの際に穴の中心を確実に通過させるために、プリント基板に位置決め用の穴をあける必要がある。パンチング時にプリント基板の銅箔が破れないように、基板の上下層にアルミ板を被せ、最後に全体をパンチングマシンに投入してパンチングを行う必要がある。PCBの製造効率を上げるために、通常、複数の同じPCBスタックを一緒に打ち抜きます。

プリント基板の位置を特定するX線装置
基板をパンチャーにセットする

プリント基板製造工程の7つ目。パネルメッキ

基板の異なる層間の接続は、すべてミシン目を介して行われます。穴あけ加工が完了したら、電気めっきが必要です。FSテクノロジーでは、穴の壁面に25ミクロン以上の銅膜厚があることが良好な接続と考えますが、穴の壁面は非導電性のエポキシ樹脂とガラス繊維板で構成されているため、これが困難なのです。そこで、硫酸と硫酸銅を含む銅めっき浴槽にプリント基板を入れ、穴の壁に導電性物質の層を析出させる必要があります。溶液に電気を流すと、基板の導電性物質の表面に銅が析出するのです。銅めっきが終了すると、錫めっきが必要となり、基板表面のめっきがエッチングバリアとなる。 

外層プリント基板のレイアウトを銅箔に転写する工程では、複写フィルムと感光フィルムを使用する必要があり、内層銅張積層板のレイアウト転写の原理と似ている。違うのは、外層PCBレイアウトの転写では、感光膜を硬化させる位置がラインではないことです。フィルムがないところに銅めっき、そして錫めっきをする必要があります。電気めっき終了後、フィルム剥離、錫剥離処理を行います。錫の保護により、プリント基板上の回路パターンが保たれる。

前述したように、銅の膜厚は25ミクロン以上あります。そこで、穴の導電性を確保するために、銅めっきの全工程をコンピューターで自動制御しています。

回路基板製造工程の8番目の工程。二次検査

回路基板にとって、最も重要なのはトレースである。裸の基板ではうまくいかないことが分かっています。その PCBの動作原理 は、部品間の電気的接続をトレースで実現し、様々な命令を完結させるため、トレース上で2次AOI検出を行う必要があります。 PCBの二次検査は、前回の検査と同じですので、ここではあまり説明しません。

プリント基板製造の最終工程。外層加工

PCBを構成する層は以下の通りです。シルクスクリーン層、ソルダーレジスト、銅層、基板層があります。内層部の内容は前述したとおりですが、ここでは主に外層部について説明します。 PCB層 - シルクスクリーン層とソルダーレジスト層。

PCBソルダーマスク層
PCBシルクスクリーン層

ソルダーマスク層

ソルダーマスクの塗布は、プリント基板製造工程の中で、プリント基板を保護することができる重要な工程です。基板の両面にソルダーマスクを塗布する前に。 クリーンプリント基板 を塗布し、エポキシ系ソルダーマスクインクで覆います。 

洗浄については、FSテクノロジーでは、酸洗、超音波洗浄などの洗浄工程で基板の酸化物を除去し、銅表面の粗さを高めています。洗浄が完了すると、プリント基板のソルダーマスクの製造が始まります。その工程は次のとおりです。

ソルダーレジストインクのはんだ付けが不要な位置を覆う→ソルダーレジストインク中の溶剤を乾燥→硬化したソルダーレジストインクに紫外線ランプを照射してポリマーを形成→未重合インク中の炭酸ナトリウム溶液を除去→2 次乾燥

シルクスクリーン層

完成間近の基板の表面には、基板に関連する重要な情報がインクジェットで書き込まれます。 

Additional PCB Fabrication Processes: Paid Items

全文を読むと、FSテクノロジーが提供するPCB工程のフロー表示は9ステップしかないのに対し、PCB製造工程のフロー表示はもっと複雑であることがわかります。実は、このフローチャートに表示されているのは、調達、修理、支払いサービスなど、メーカーが顧客に提供するサービスの全容なのです。

表面コーティング

さらに、半田付け性を高めるために、無電解金メッキや銀メッキを施します。この段階で、一部のPCBはホットエアフラットパッドを受けることもできます。ホットエアーレベリングにより、均一なパッドに仕上がります。このプロセスにより、表面仕上げが行われます。FSテクノロジーは、お客様の特定の要件に応じて、多くの種類の表面処理に対応することができます。

電気試験

最後の手段として、技術者はPCBの電気試験を行います。自動化された手順で、PCBの機能性と元の設計との整合性を確認します。で FSテクノロジーまた、フライングプローブテストと呼ばれる、プローブを移動させながら基板上の各ネットの電気的性能を試験する高度な電気試験も行っています。

上記は、「PCBはどのようにステップバイステップで作られていますか」に対するすべての答えです。実際には、プロのPCB製造プロセスでは、異なる回路基板材料とPCBプロセスのための顧客の異なる要件のために、PCB基板の製造工程におけるわずかなギャップが存在することになります。  FSテクノロジー もちろん、PCBの製造工程にユニークな洞察を持っている場合は、いつでも私たちにメッセージを残すことができ、PCBナレッジブログでこのトピックを更新していきます。

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