プリント回路基板(PCB)は、さまざまなポイントを接続するラインとパッドを備えた最新の電子機器のボードです。小さな基板であっても、その製造工程は非常に複雑で繊細です。ここでは、写真とビデオを使用してPCB製造プロセスを段階的に紹介します。
ステップ1.PCB CADファイル
PCB製造の最初のステップは、PCBレイアウトを整理して確認することです。PCBメーカーは、PCB設計会社からCADファイルを取得し、各CADソフトウェアが独自のファイル形式を持っているため、それらを統一された形式(Extended Gerber RS-274XまたはGerber X2)に変換します。次に、電子エンジニアは、PCBレイアウトが製造プロセスに準拠しているかどうか、欠陥がないかなどを確認します。
自宅でPCBを作成する場合、PCBレイアウトをレーザープリンターで紙に印刷してから、銅張ラミネートに転写できます。印刷プロセス中、プリンターはインクやブレークポイントが不足しやすいため、油性ペンでインクを手動で補充する必要があります。
ただし、工場は通常、コピーを使用してPCBレイアウトをフィルムに印刷します。多層PCBの場合、各層の印刷レイアウトフィルムは順番に配置されます。
その後、フィルムに位置合わせ穴が開けられます。穴の位置合わせは非常に重要であり、PCB材料の層を位置合わせすることが不可欠です。
ステップ2.製版
銅板を清掃します。ほこりがあると、最終回路で短絡や開回路の原因となることがあります。
下の写真は8層PCBの例で、実際には3つの銅張積層板と2つの銅フィルムで構成され、プリプレグで接着されています。生産シーケンスは、中間ボード(レイヤー4および5回路)から始まり、連続して積み重ねられ、次に固定されます。4層PCBの製造は、コアボードと2つの銅フィルムを含む同様のものです。
ステップ3.PCB内層
まず、ミドルコアボードの2層回路を作ります。CCLを洗浄した後、表面を感光フィルムで覆います。この膜を光で硬化させ、銅箔上に保護膜を形成します。
2層PCBトレースフィルムと2層銅張積層板を上部PCBトレースフィルムに挿入して、上部と下部のPCBトレースフィルムが正確に積み重ねられるようにします。
銅箔に感光性フィルムをUVランプで照射します。透明なフィルムは光で硬化しますが、硬化した感光性フィルムはまだありません。硬化したフィルムの下に覆われた銅箔は、手動PCBのレーザープリンターインクの役割に相当するPCBレイアウトに必要です。また、黒色フィルムで覆われた銅箔は腐食し、硬化した透明フィルムは保存されます。
未硬化の感光性フィルムを灰汁ですすぐと、硬化したフィルムが目的の銅箔回路を覆います。
次に、NaOHなどの強力なベースを使用して、不要な銅箔をエッチングします。
硬化した感光性フィルムをはがして、目的のPCBレイアウトの銅箔を露出させます。
ステップ4.ボード&チェック
コアボードの製作に成功しました。次に、他の材料に簡単にアクセスできるように、位置合わせ穴を開けます。
コアボードが他のボードとラミネートされると、変更することはできません。したがって、PCB検査は非常に重要です。マシンは、エラーを見つけるためにPCBレイアウトと自動的に比較します。
PCBボードの最初の2つの層が製造されています。
ステップ5.積層
ここでは、コア基板(PCB層>4)とコア基板と外側の銅箔との間に接着剤として、絶縁体としても機能するプリプレグという新原料をご紹介します。
下部の銅箔と2層のプリプレグは、配線穴と下部の鉄板を介して事前に固定されており、完成したコアボードも配線穴に配置され、最後に2層のプリプレグ、1層の銅箔、1層のベアリングプレスアルミニウムプレートがコアプレートを覆っています。
作業効率を向上させるために、工場では3つの異なるPCBボードを積み重ねてから固定しています。上部の鉄板は磁気的に引き付けられるため、下部の鉄板との位置合わせが容易です。位置決めピンを挿入して2層の鉄板をうまく位置合わせした後、機械は鉄板の間のスペースを可能な限り圧縮し、釘で固定します。
鉄板で固定されたPCBボードをホルダーに載せ、真空ヒートプレスに送ってラミネートします。高温により、プリプレグ内のエポキシが溶融し、圧力下でコアと銅箔が一緒に保持されます。
接着後、PCBを押している上部の鉄板を取り外してください。次に、耐圧アルミニウムプレートを取り外します。アルミニウム板は、PCBの外層上の銅箔の平坦性を確保するために、さまざまなPCBを分離する役割も果たします。最後に、このとき取り出したPCBを滑らかな銅箔で覆います。
ステップ6.穴を開ける
では、互いに接触していないPCB内の4層の銅箔をどのように接続するのでしょうか。最初にPCBに貫通穴が開けられ、次に穴の壁が金属化されて電気を通します。
パンチャーにアルミニウムの層を置き、その上にPCBを置きます。穴あけは比較的遅いプロセスであるため、効率を向上させるために、PCBの層数に応じて、1〜3枚の同一のボードを積み重ねて穴を開けます。最後に、一番上のPCBをアルミニウムの層で覆います。上部と下部のアルミニウム板は、穴あけ時にPCB上の銅箔が裂けるのを防ぐために使用されます。
次に、コンピュータ上で正しい穴あけプログラムを選択するだけで、残りは穴あけ機によって自動的に行われます。ドリルビットは空気圧で駆動され、最高速度は150,000rpmに達することができます。このような高速性は、穴の壁の平坦性を確保するのに十分だからです。
ドリルビットの交換も、プログラムに従って機械によって自動的に行われます。最小のドリルビットは100ミクロンの直径に達することができますが、人間の髪の毛の直径は150ミクロンです。
前のプロセスでは、溶融したエポキシがPCBから押し出されていたため、切断する必要がありました。ここでは、コピーフライス盤は、正しいXY座標に従ってPCBの周囲を切断します。
ステップ7.穴の銅化学沈殿物
ほとんどすべてのPCB設計ではスルーホールを使用して異なるレイヤーのラインを接続するため、良好な接続には穴の壁に25ミクロンの銅膜が必要です。銅膜の厚さは電気めっきによって達成する必要がありますが、穴の壁は非導電性エポキシ樹脂とグラスファイバーボードで構成されています。したがって、最初のステップは、穴の壁に導電性材料の層を堆積させて、化学堆積によってPCB表面全体に1ミクロンの銅膜を形成することです。化学処理、洗浄などの全プロセスは機械によって制御されます。
次に、PCBの外層を銅箔に転写します。このプロセスは、前のPCBインナーコアボードの転送原理と似ています。PCBレイアウトは、写真印刷フィルムと感光フィルムによって銅箔に転写されます。唯一の違いは、ポジティブがボードとして使用されることです。
上記の内部PCBレイアウトの転送では、マイナスをボードとして減算を使用します。PCBは硬化した感光性フィルムを回路として覆い、未硬化のフィルムをクリーニングします。露光された銅箔がエッチングされた後、PCBレイアウト回路は硬化したフィルムによって保護されます。外層PCBレイアウトの転写は通常の方法を採用し、ポジフィルムはボードです。非回路領域は、PCB上で硬化した感光膜で覆われています。未硬化のフィルムを洗浄した後、電気めっきを行います。フィルムのある場所は電気メッキできず、フィルムのない場所は銅でメッキしてから錫メッキします。フィルムを剥がした後、アルカリエッチングを行い、最後にスズを取り除きます。
銅箔の両側に洗浄したPCBをラミネーターに入れ、感光型を銅箔に押し付けます。
印刷された上部と下部のPCBレイアウトフィルムは穴を通して固定され、PCBボードは中央に配置されます。次に、光透過フィルムの下の感光フィルムは、予約が必要な回路であるUVランプの照射によって硬化します。
不要で硬化していない感光性フィルムをクリーニングした後、PCBボードを検査します。
PCBはクリップで固定され、銅メッキされています。前述のように、穴の十分な導電性を確保するためには、穴の壁にメッキされた銅膜の厚さが25ミクロンである必要があるため、システム全体はコンピューターによって自動的に制御され、その精度が確保されます。
銅膜が電気めっきされた後、コンピュータは錫の薄い層を電気めっきするように指示を出します。次に、銅と錫のメッキが正しい厚さであることを確認します。
次に、完全な自動組立ラインでエッチングプロセスが完了します。次に、PCB上の硬化した感光性フィルムを清掃します。
次に、強アルカリを使用して、覆われている不要な銅箔をクリーニングします。
最後に、PCBレイアウトの銅箔上の錫メッキ層を錫ストリッピング液で剥がします。クリーニング後、4層PCBレイアウトが完成します。
