PCB製造プロセス完全ガイド：工程・材料・品質管理のすべて

PCB製造には多くの工程が存在し、メーカー各社が独自のプロセスで品質と効率の向上を図っています。設計者、エンジニア、製造担当者はこれらの個別工程を理解し、プロジェクトに最適な手法を選択する必要があります。

本記事では、プリント基板製造における個別プロセスを詳しく解説し、最大限の効率を得るための適切な手法選択を支援します。プロジェクト要件を明確にし、自社ケースに適用すべきプロセスを判断してください。

1. PCBの特殊形状とサイズの決定方法

PCBは用途に応じて、あらゆる形状・サイズで製造可能です。プロジェクトで活用できる特殊な形状とサイズを見ていきましょう。

1.1 特殊なPCB形状

PCBは正方形や長方形が一般的ですが、以下のような形状にも対応可能です。

• 円形
• L字型
• 多角形
• 楕円形

形状のバリエーションに制限はなく、それぞれ異なる目的を果たし、多様な筐体に収まるよう設計できます。

PCB設計ツールを使用すれば、用途に合わせた形状の基板を作成できます。PCB編集ウィンドウで新規設計を選択するか、既存形状をエディターで編集・カスタマイズ可能です。

1.2 特殊なPCBサイズ（パネルサイズ）

形状と同様に、PCBサイズ（パネルサイズ）も多様です。多くのメーカーで標準とされるのは18×24インチ（457×610mm）ですが、12×18インチ、21×29インチなど他のフォーマットも選択可能です。

用途に最適なサイズを選定してください。

2. 特殊PCB材料の種類と選定指針

PCB材料にはエポキシ、テフロン、金属など多様な選択肢があります。主な特殊材料を解説します。

2.1 TG150（高耐熱FR-4）

TG（ガラス転移温度）は基板材料の耐熱性を示す指標です。TG値が高いほど耐熱性に優れます。TG150は難燃性ガラス繊維強化エポキシからなる高耐熱材料で、FR-4として知られ、高温環境に耐えられます。

2.2 TG170（超高耐熱FR-4）

TG170はTG150よりさらに高い耐熱性を持ち、高温電子用途に適しています。170℃以上で液化するまで熱に耐えます。

2.3 ロジャーズ（Rogers）基板

ロジャーズ社は高周波PCBを専門とするメーカーです。ロジャーズ基板はFR-4ラミネートにテフロンを用い、高周波特性を向上させています。ガラス繊維基板より高価ですが、高周波帯域での損失が少なく、高性能を発揮します。

プロジェクト要件に基づき、最適な材料を選定してください。

3. はんだマスクとシルクスクリーンの選択肢

はんだマスクは、PCBに永久的に形成される保護層です。銅配線とインターフェースを保護し、導電性はんだブリッジによるショートを防止します。

3.1 液状感光性はんだマスク（LPI）

LPIはインク状のフォーミュラで、PCBにスプレー塗布後、UV露光で所望のパターンを形成します。

3.2 ドライフィルム感光性はんだマスク

真空ラミネーションでドライフィルムを貼り付け、露光・現像後、パターンの開口部から銅パッドにはんだ付けを行います。その後、熱硬化処理を施します。

3.3 エポキシ液状はんだマスク

最も安価なはんだマスクで、シルクスクリーン印刷で塗布します。エポキシは熱硬化性ポリマーで、多くの電子用途で使用されます。

3.4 シルクスクリーン（レジェンド印刷）

シルクスクリーンは、PCB上の部品識別のための文字やマークです。白、赤、黒、黄などのインクを使用し、以下の3工程で適用可能です。

• 手動スクリーン印刷
• LPI（液状感光性イメージング）
• DLP（ダイレクトレジェンド印刷）

4. PCB製造におけるビア・ドリル加工

ビア（Via）は、PCB内で電気信号を伝導する導電パスです。メッキスルーホールを利用し、複数のタイプが存在します。主な特殊ビアプロセスを解説します。

• バックドリル／カウンターボア： カウンターボアは標準的なネジ穴で、ソケットキャップスクリューに対応。バックドリルはスタブを除去し、信号反射と散乱を防止。
• プラグドビア： ビアをマスクや非導電材料で充填。キャップ前に銅メッキを施す。
• ブラインドビア・ベアードビア： ブラインドビアは内層と外層1層を接続（貫通しない）。ベアードビアは2層以上の内層を接続し、外部からは不可視。どちらもスペース制約のある基板に最適。
• インナーホール： 多層基板製造用の内層穴加工。
• マイクロビア： レーザーで微細な穴を穿孔し、多層基板の層間接続を実現。
• テントドビア： ビアホールとアニュラリングをはんだマスクで覆い、露出導電パッドを削減。
• ミリングブラインドショット： レイアウトに従い銅を削り出してパターン形成。エッチングとは異なり、化学薬品を使用しないドライプロセス。

5. 表面処理：実装信頼性を左右する重要工程

PCBには保護とはんだ付け性確保のため表面処理が施されます。主な仕上げを紹介します。

5.1 ハードゴールド（電解金メッキ）

キーパッドやエッジコネクタ指部に適しています。極めて耐久性が高い反面、コストも高く、ニッケルバリア層上に金メッキを施すため工程が複雑です。

5.2 ニッケルパラジウム（ENEPIG）

耐摩耗性、導電性向上、銅層保護を実現。プロセスはシンプルですが、高密度基板には不向きです。

5.3 浸漬系表面処理（浸漬スズ／銀／金）

• 浸漬銀： 微細配線に最適、プロセスが簡単。電気検査が困難、はんだ付け耐久性に課題。
• 浸漬スズ： 鉛フリーはんだ付けとSMTに適する。慎重な保管が必要、接点スイッチには不向き。
• 浸漬金（ENIG）： 標準的な表面処理で、SMT向けの平坦な面を提供。スルーホール・厚銅基板にも対応。環境耐性に優れる。

5.4 ゴールドフィンガー（エッジコネクタ金メッキ）

コネクタ接点は繰り返しの挿抜に耐える必要があります。金やその他の金属でメッキすることでエッジコネクタを強化し、摩耗に強くします。

6. 電気的検査：PCB機能を検証する必須ステップ

表面処理後、PCBの機能を検証します。主に2種類のテストを実施します。

• 導通テスト（オープン回路の検出）
• 絶縁テスト（ショート回路の検出）

さらに、スルーホール接続と配線パターンの完全性も検証されます。

フライングプローブテストも活用されます。可動プローブでベアボード上の各ネットの電気的性能を検査します。電気的検査は、PCBロットの品質と性能を保証するために不可欠です。

7. 製造上の注意点：ツーリング、ハロゲンフリー、高周波対応

7.1 ツーリング（金型・治工具）

ツーリングはPCBA製造のためのプログラミング工程で、ピックアンドプレース実装を制御します。プロジェクトごとに1回のみ実施し、リピートオーダーでは不要です。

7.2 ハロゲンフリー対応

ハロゲン族元素（臭素、フッ素、ヨウ素、塩素、アスタチン）を含む材料は人体に有害な場合があります。ハロゲンフリーPCBはハロゲン含有量を極めて低く抑え、安全性と健康を配慮しています。

7.3 HF（高周波）基板とCIT技術

• CIT技術： PETなどのフレキシブル基板に銅を印刷する低コストプロセス。ラピッドプロトタイピングに最適。
• HF基板： 通常PTFE材料で製造され、1GHz以上の高周波用途に適する。

8. 結論：最適な製造プロセスでプロジェクトを成功に導く

WellPCBはワンストップサービスと高品質製品を提供します。必要な書類を送付いただければ即座にお見積もりいたします。10年のPCB製造実績と独自プロセスで、お客様のニーズに最適な手法をご提案し、プロジェクトの収益性を最大化します。PCBプロセスについてさらに詳しく知りたい方は、お気軽にお問い合わせください。