プロの電子機器設計者でも、趣味人でも、高品質のカスタムプリント回路基板 (PCB) を注文後1週間以内に入手できます。場合によっては、さらに早く入手できます。これらの PCB は、どのように製造できるのか疑問に思うほど低価格で入手できます。その答えは、主に、発注プロセス自体から始まり、生産に使用される高度に自動化されたスマート ファクトリーのコンセプトによるものです。
KiCad、Eagle、Altiumなどの電子設計自動化 (EDA) ソフトウェアを使用して回路基板を設計したら、自動化されたPCB製造プロセスは、単に「ファブ」と呼ばれることが多いPCB製造業者で続行されます。ドリル ファイルとともに、標準的な一連の指示 (通常はRS-274XまたはRS-274X2形式のGerberファイル) を (仮想的に) プロットします。これらは、選択したPCBメーカーにアップロードされます。OSHParkやPCBWayなどの多くのベンダーは、ボードを注文する際に使用できる即時見積もりを提供します。
メーカーは通常、アップロードされたボードをチェックして、設計ルールに違反していないことを確認し、PCBが適切に製造されるようにします。これには大幅な自動化が含まれますが、ある程度の人間による介入ややり取りが必要になる場合もあります。チェックとコミュニケーションが完了すると、複数の顧客ボードが1つのカット対象パネルに結合されます。通常、これらのパネルは、強度と絶縁性を確保するために銅の外層とFR4 (グラスファイバー) の内側基板を備え、製造工程に合わせて標準サイズにカットされます。
自動化されたPCB製造プロセスの要素
ここですべてのPCBメーカーの複雑な作業方法を説明することは不可能ですが、自動化されたPCB製造プロセスをいくつかの主要な要素に分解することができます。ここでは、簡単にするために2層のボード製造を検討しますが、必要に応じてスタッキングおよびボンディング プロセスによってさらに多くの層を使用することもできます。また、このスマート製造プロセスには大規模な自動化が含まれますが、仕掛品の輸送、機械のセットアップ、最終チェックなどの作業には依然として人間が必要です。
1.ビアとスルーホールのドリル加工
通常、PCB製造プロセスの最初のステップ (洗浄とバリ取りの作業後) は、スルーホール コンポーネントとビアのドリル加工です。これはドリルマシンで実行され、人間の髪の毛（直径約150ミクロン）よりも小さい100ミクロンまでの穴を形成できます。異なる直径のビットの交換は自動的に実行されます。
2.写真プロットとレイヤーレジスト
PCBトレースと銅充填領域を形成するために、提供されたGerber情報に基づいて、完成した銅のネガイメージが透明シートに印刷されます。パネルの両面にはフォトレジストと呼ばれる感光性フィルムの層がコーティングされています。印刷されたシートはパネルの上部と下部に揃えられ、フィルムに画像が印刷されていない部分のフォトレジストがUVランプによって硬化されます。さらに処理を進めると、硬化していないフォトレジストとその下の銅が洗い流されます。
この時点では、ボードはまだパネル全体の一部であり、複数のデザインが含まれている場合があります。クリーニングは、PCB製造工程全体にわたって多くのポイントで実行され、光学プロセスを含むさまざまな検査が段階的に実行され、エラーにできるだけ早く対処します。
3.メッキおよび化学プロセス
追加の銅がPCB上に電気メッキされ、ビアおよびスルーホール接続用の導電チャネルが作成され、元の箔が構築されます。銅メッキのさまざまな厚さを指定でき、プロセス全体が顧客の要件を満たすように慎重に管理されます。
4.はんだマスク、シルクスクリーン、HASL
はんだマスクは、銅のトレースを保護するもので、PCBの両面に液体として塗布されます。これを塗布した後、半硬化状態になるまで焼き付け、両面に透明印刷シートを貼ります。露出したソルダーマスクはUVプロセスで硬化され、露出していないソルダーマスクは、先に実行したフォトレジスト プロセスと同様に除去されます。
次に、インクジェット プリンター がシルクスクリーンと呼ばれる目に見える層を適用します。これは、コンポーネントの識別やその他のマーキングの目的に使用されます。最後に、露出したはんだパッドを酸化から保護するために、通常はホットエアはんだレベリング (HASL) などのプロセスが実行されます。次に、フライング リード プローブ検査を実行して、PCBが設計どおりに電流を伝導し、抵抗することを確認できます。
5.プロファイリングとルーティング
パネル上の各PCBが適切に処理および検査された後、コンピュータ制御のルーティング操作によってボードのプロファイルと非貫通穴の内部機能がカットされます。これらのエッジとフィーチャはまっすぐである必要はありません。このプロセスの前に、パネルにVスコア (部分的に「V」字型にカット) を入れることもできます。Vスコアは直線に制限されており、顧客は受け取ったモジュールを分解できます。
6.仕上げ、梱包、発送
最終的な洗浄、配線からのアーティファクトを除去するためのさらなる処理、検査の後、PCBは梱包され、顧客に出荷されます。ここまで来るのは驚くべきプロセスです。
PCB: プロセスとフルフィルメントの最適化
印象的ではありますが、ここで概説したプロセスは簡略化されたものであり、これらの操作はメーカーや製品によっても異なることに注意してください。自動化以外にも、地理的裁定取引、地政学、輸送、その他さまざまな要因を考慮すると、短期間でPCBを手頃な価格で生産できる方法の全体像がつかめます。
同時に、プリント基板は何十年にもわたって広く使用されており、製造プロセスが成熟する時間を与えています。年々段階的な改善を重ねることで、驚くべき成果が生まれることがよくあります。次回、高品質のPCBを低価格で迅速に納品するために多数注文する場合は、これを検討してください。上記のPCBに取り付ける高品質の部品をどこで入手できるかという点については、Arrowにはすぐに出荷できる大量の在庫があります。
