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プリント基板の製造工程は?回路形成から表面実装までの流れ2022.03.03

プリント基板の製造工程

プリント基板は、基板上にICやコンデンサなどの電子部品が配線され、電子機器の中に組み込まれることで機器を作動させていますが、その製造工程は非常に緻密で細心の注意を払って行われています。

プリント基板の製造工程は、主に回路板を製造するPWBの工程と、部品を実装するPCBの工程がありますが、それぞれどのような段階を経て製造しているのか正確に理解するには複雑で困難なものです。

今回は、プリント基板の表面実装の技術を誇る安曇川電子工業が、プリント基板の製造工程を詳しくお伝えします。

プリント基板の製造工程

プリント基板はあらゆる電子機器に使われ、機器の安定的な作動のためには欠かせない電子コンポーネントです。その製造工程は、絶縁体の内部や表面に銅箔でパターンを形成し、その上に電子部品をはんだ付けすることで電子回路として機能するようになります。

プリント基板の製造工程は、電子部品がまだ取り付けられていない状態の「PWB(Printed Wiring Board)」を製造するまでと、電子部品を取り付け「PCB(Printed Circuit Board)」となるまでの過程に大きく分けることができます。

プリント基板:PWBの製造工程

プリント回路板の製造工程

プリント基板は回路層によって、基板の片面のみに回路パターンがある片面基板と、基板の両面に回路パターンがある両面基板、4枚以上の基板を重ね合わせた多層基板に分けられます。

多層基板の場合は、まずは内層から製造を始めていきます。

CAM編集

基板設計で作成した設計データを、製造工程で使えるように製造データに編集します。このデータをCAM(Computer Aided Manufacturing)と呼び、製造データの加工編集だけでなく、プリント基板製造性に問題点がないかを調べCAMの編集機能で修正します。

CAMで修正が対応できない問題を検出した場合は、再度プリント基板設計者に修正を依頼しデータを出力し製造データを編集します。

材料切断

絶縁性樹脂に銅箔を貼り合わせたベースとなる基材を、加工するサイズに合わせて切断します。

回路形成

片面基板なら表層に、4層以上の多層基板なら内層から回路を形成します。

まずは基板をローラーなどに通して、エッチングレジストとなるドライフィルムを貼り付けて感光します。そして、回路配線フィルムを密着させた後、露光装置やフィルム露光機でパターンを露光させ、未露光部分を除去して現像。

最後に、配線として必要な箇所のみドライフィルムを残して銅箔を保護し、エッチングにより不要な銅箔を溶解除去すれば回路の形成が完了です。

積層

回路形成が終わったプリント基板は、層同士の密着性を高めなければ積層できないため、プリント基板の表面を荒らし微細な凸凹を付けるブラウン処理というものを施します。

ブラウン処理後、プリント基板(内層)と接着シート材であるプリプレグと銅箔を指定された構成で重ね合わせ、熱と圧力をかけて積層して1枚のプリント基板にします。

穴あけ

積層後は、基板にリード部品を取り付けるためのスルーホールやビアなどの穴あけを行います。スルーホールやスルーホールビアなど、層を貫通するものではドリル加工が一般的ですが、微細な穴あけではレーザー加工を用いることも多くあります。

銅メッキ

穴を開けただけでは電気的な接続ができないため、スルーホールやビアに銅メッキを施し、層同士が導通するようにします。

回路形成(外層)

内層と同様の方法で、外層にも回路を形成します。

ソルダーレジスト形成

ソルダーレジスト形成

プリント基板の表面を覆って回路パターンを保護するインク“ソルダーレジスト”を形成します。一般的には緑色のインクで、回路パターンをほこりや熱、湿気などから守る役割があります。

ソルダーレジストを塗布し、硬化させる部分のみ紫外線で露光。そして未硬化部分を除去、現像すれば、はんだ付けするパッド部が開口します。

シルク印刷

ソルダーレジストで覆われた部分に、部品の実装時や修理時の利便性を考慮して、部品名や部品の位置、メーカー名などを印刷します。

その際、インクジェットプリンターで印刷するのが一般的です。

表面処理

高温に熱したはんだ液が入っている槽に基板を入れ、高温・高圧の熱風を吹き付けてはんだを均一に塗布します。ソルダーレジストで覆われている部分には塗布されないので、部品を実装する部分にのみはんだを付けることができます。

銅箔は空気にさらされていると酸化してしまいますが、はんだを塗布することでそれを防ぎ、部品実装時に半田付けの効率を上げる効果もあります。

検査

ここまでの工程でも、不良品を除きながら作業を行っていますが、最終段階においても、欠陥はないかや、導通や絶縁などの電気検査、プリント基板に不具合が起きないかなどを確認します。

肉眼及び拡大鏡を使用し、いくつもの項目をチェックしクリアしたもののみ梱包し出荷されます。

プリント基板:PCBの製造工程

PWBはまだ部品が実装されていない基板で、プリント回路板とも呼ばれますが、ここから表面実装の工程に入り、部品実装が完了することでPWBがPCBとなります。

表面実装はSMT(Surface mount technology)とも呼ばれ、ほとんどの場合は「チップマウンター」と呼ばれる設備でチップ部品を実装します。

手で実装することもありますが、品質面やコスト・スピードにおいて優れている手法ではないため、特別な場合を除き適用されません。

表面実装の工程

ここからは、安曇川電子工業の表面実装工程を、弊社の強みとともにご紹介します。

クリームはんだ

クリームはんだ工程は「スキージ」と呼ばれるヘラのような道具でクリームはんだを印刷する工程です。メタルマスクと呼ばれる治具によって印刷する・しない範囲を切り分け、不要な箇所にクリームはんだが印刷されないよう考慮されています。

メタルマスク作成時には、PWBの最初の工程であるCAM編集でのデータが必要になります。

面ごとにメタルマスクが1枚必要で、両面基板にクリームはんだ印刷をする場合は2枚のメタルマスクが必要となります。メタルマスクは安曇川電子工業で製作・保管が可能です。

ボンド塗布

チップ部品を固定するためにボンドを塗布する工程です。フローはんだ工程で部品を実装する際に、部品が落ちないように固定するのが主な役割です。

安曇川電子では、マウンターラインを5ライン保有しており、小ロットから量産まで対応可能です。また、部品の小型化にも対応しており0603(0.6mm×0.3mm)サイズまで実装することができます。

チップ実装

チップ部品を実装するカセット

チップ部品実装は、クリームはんだとチップボンド作業を終えたプリント基板にチップ部品を実装する工程です。

チップ実装には、カセットと呼ばれる部品をセットするための道具が必要なのですが、安曇川電子工業はこのカセットの多さが特徴です。

ロット数に応じてその部品専用のカセットを用意し、切り替え時間の短縮と部品の間違いによる不良を防止しており、それぞれのラインの長所を最大限に生かせる一貫管理を行っています。

リフロー炉

ここまでの工程で、部品はまだ基板にただ乗っかっている状態ですが、リフロー炉の工程で部品を固定させます。

実装した基板に熱を加え、クリームはんだを溶かして部品と馴染ませます。そしてチップボンドは、熱によりボンドを硬化させ、フロー半田工程まで部品が取れないように固定します。

クリームはんだの溶ける温度とチップボンドの硬化する温度はそれぞれ異なるため、工程によって適切な温度に調整し、基板に極力負荷がかからないよう配慮します。

そして最後に、リフロー炉の出口で冷却して実装完了となります。

検査

実装済み基板を目視確認

リフロー炉の工程を終えたプリント基板の品質チェックを行うのが検査工程です。高精度の画像検査装置を複数常設し、機械による確実な検知と、人の目による確認で二重のチェックを行います。

フロー半田

表面実装の工程が完了した基板は、仕様に応じてフロー半田工程で手挿入による部品の実装を行います。

組立サービス

安曇川電子の組立サービス

はんだ付けだけでなく、組立サービスによるユニット組み付けなども安曇川電子工業では可能です。極小部品から数十kgの大型組立も柔軟に対応します。このように、流れるような一貫サービスが安曇川電子工業の最大の特徴です。

プリント基板の部品実装は安曇川電子工業へ

公式ソリューションサイトTOPより

安曇川電子工業はプリント基板の実装 、手挿入部品のフロー半田、ユニット組立を専門に行う会社です。

基板設計者の方が製図した基板の機能を維持しつつ、量産時に不具合やコストアップを招かないよう変更提案を行うVA・VE提案を得意とするほか、基板実装だけでなく、ユニット・制御機器のOEMメーカーとしての実績も多数保有しています。

  • 基板の生産コストを抑えたい
  • 試作段階でまずは1枚作りたい
  • OEM製品について知りたい

など、
プリント基板実装に関して25年の実績があり、高精度・高品質な製品と技術ノウハウを提供する安曇川電子工業株式会社へお問合せください。

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