PCB製造プロセスの1日
デバイスパッケージの設計を導入する前に、PCBそのものの基本的な製造工程を理解することが重要です。各施設で活用されているさまざまなテクノロジーに関わらず、業界を率先するメーカーの大多数は、CADアプリケーションの図面から基板そのものの設計に変えるため、特定の一連のステップに沿って作業を行います。
標準的なPCB製造工程には特定の手順があり、製造工程に関わるすべてのステップを知り、理解することは設計者の裁量となります。製造工程の流れを知ることで、PCB設計のミスを発見しやすくなり、基板を廃棄しなければならないような製造不良のリスクを回避することができます。すべての設計者は、どこでもPCBを製造・組み立てられるように、製造容易性設計（DFM）の手順を導入する必要があります。
この記事では、PCB 製造に関する短期集中コースシリーズの一環として、設計者が知っておくべき基本事項について説明します。まずは、ベア基板の製造に使用される PCB 製造プロセスから簡単にご紹介します。次に、最終テストや検査前に、完成したPCBにコンポーネントを実装してはんだ付けするPCB組立工程を解説します。組立容易性設計（DFA）は、コンポーネントの組立性を考慮した設計を行う手法であり、ベアボード製造と同じく、設計者はPCB組立工程について把握する義務があります。
標準的なPCB製造プロセス
PCB製造では、主にベア基板の製造、エッチング、穴あけ、仕上げが主要な作業です。下の表は、多層PCBの製造に使用される標準的な一連の手順を示しています。このプロセスは、設計仕様書の一式と初期の積層材料で始まり、組立の準備が完全に整った場合の製造済みの基板で完了します。
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基板の最終硬化が完了すると、製造業者は基板レイアウトで指定されたテストポイントに基づき、電気テストのプロセスに入ります。製造段階での電気テストには、通常、PCB絶縁体で呼び出された様々なノード間のオープンやショートを検証する導通検査が含まれます。 この検証プロセスに合格したすべてのボードは完成品と見なされ、アセンブリに移ります。
PCBの製造プロセスでは、製造時に発生する可能性のある欠陥が複数あります。最も一般的な欠陥は、エッチング、ドリル、メッキの各工程で発生します。下の表では、発生し得る製造上の不具合とその解決策をご紹介します。
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設計が完了し、電気テストが行われた後、基板の品質を保証するためにさらなるテストが行われる場合があります。このテストには、通常、ベア基板の製造工程がPCBの材料やエッチング加工を傷つけないことを確認するための環境テストや機械的テストが含まれます。
標準的なPCBアセンブリプロセス
PCBアセンブリには、自動化された機械（ピックアンドプレース機）によるコンポーネントの配置と、その後の自動化されたプロセスによるはんだ付けが含まれます。PCB アセンブリプロセスにおけるはんだ付けの主要な自動化技術は以下のとおりです：
- フローはんだ付け、スルーホールコンポーネント
- SMDコンポーネントに使用されるリフローはんだ付け
- 局所はんだ付け（手はんだ付けを自動化したもの）
大量生産されるPCBの組立工場では、どうしても必要な場合を除き、手はんだを使用することはありません。その理由は、手はんだ付けは非常に時間がかかることと、作業者の熟練度の違いによるばらつきがあるためです。
はんだ付けの工程を終えたPCBは、自動装置で検査され、残留物（特にフラックス）を除去してから梱包・出荷されます。また、完成したPCBAは、早期故障の原因となるPCBを特定するため、独自の検査・試験プロセスが行われる場合があります。この加速寿命試験では、PCBAを極度の熱、圧力、機械的ストレス、電気的ストレスにさらすことで、デバイスの限界を判断します。この限界値が決まれば、設計や最終製品の長期的な信頼性を確保するため、処理パラメータや設計を変更することもあります。
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設計が標準的なDFM/DFA要件に準拠することを保証する最も簡単な方法は、PCB設計ルールを活用することです。デザインソフトウェアのDRCエンジンは、特定のルールセットに基づいてカスタマイズすることができるので、レイアウトに一般的なPCB製造上の欠陥が発生しないことを保証することができます。PCBレイアウトを始める前に、設計ルールでDFM/DFA要件を設定するようにしてください。
DFMを中心とした手法でPCBを設計する場合、PCBスタックアップを始める際に、材料選びからプロセスを開始します。高周波設計や高電圧PCBなど、一部の特殊な製品では、材料選びがDFMに影響を与えることがあります。PCBの豊富な材料特性を理解し、それが製造にどのような影響を与えるかをしっかり把握しましょう。
- パート 2： PCB材料選びにおけるDFMに進む
設計を始める準備が整い、すべてのDFM要件を確実に満たしたい場合は、 Altium Designer®の設計およびレイアウト機能をご活用ください。詳細な設計レビューとデバイスパッケージの準備が整ったら、Altium 365™プラットフォームを通じてリアルタイムで共有および共同作業を行うことができます。設計チームは Altium 365を使用して、製造データ、プロジェクトファイル、設計レビューを安全なクラウドプラットフォームとAltium Designerで共有できます。
ここでは、Altium 365 と Altium Designer で何が可能か、その一部を紹介したに過ぎません。ぜひ、Altium DesignerとAltium 365をご検討ください。Altium Designerの無償評価版をを今すぐ開始しましょう。
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