プリント基板（PCB）の製造工程にはどのような工程がありますか？

02/10/26

プリント基板（PCB）は、充電器や家電製品から産業用制御システム、車両まで、ほとんどすべての電子機器に使用されています。完成した電子基板を製造するためには、多くの工程を経る必要があり、大きく「裸基板の製造」と「プリント基板実装（PCBA）」の2段階に分けることができます。それぞれの段階には、設計、回路形成、部品実装、はんだ付け、保護処理、検査、仕上げなど、複数の工程が含まれます。CNC VINAとともに、プリント基板の製造工程と各工程で使用される主な設備について詳しく見ていきましょう。

1. プリント基板（PCB）とは？主なPCBの種類

PCB（Printed Circuit Board）とは、絶縁性の基材の上に銅箔による導電パターンを形成し、電子部品間の電気的な接続や信号伝送を行うための基板です。設計に応じて、1層または複数層の導電層を持ち、回路パターンに沿って形成された配線や、実装・はんだ付け・使用環境などの要求に応じた表面処理が施されます。部品を実装していない状態のPCBは、一般に**裸基板（Bare PCB）**と呼ばれます。その後、電子部品を基板上に実装し、はんだ付けや検査などの必要な組立工程を完了したものが、**PCBA（Printed Circuit Board Assembly）**です。そのため、完成した電子基板を製造する工程は、一般的にPCBの製造工程とPCBAの実装工程の両方から構成されます。

代表的なPCBには、以下のような種類があります。

片面基板

片面基板は、絶縁性の基材の片面に主となる銅箔の導電層を形成したPCBです。構造が比較的シンプルで、配線密度をそれほど必要としない電子回路に適しており、電源装置、照明機器、家電製品などに使用されています。

両面基板

両面基板は、絶縁性の基材の両面に銅箔による導電層を形成したPCBです。スルーホールやビア（Via）によって両面の回路を電気的に接続できるため、片面基板よりも広い配線・部品実装スペースを確保できます。各種制御機器や産業用電子機器など、幅広い製品で使用されています。

多層基板

多層基板は、複数の導電層を積層し、プレス加工によって一体化した構造のPCBです。各層は、設計に応じて形成されたスルーホールやビアなどによって電気的に接続されます。高密度な配線が可能で、複雑な電子回路を必要とする製品に適しています。

フレキシブル基板

フレキシブル基板（FPC – Flexible Printed Circuit）は、一般的なリジッド基板とは異なり、曲げることができる柔軟な基材を使用したプリント基板です。限られたスペースへの実装や、柔軟な配線・接続が求められる製品に適しており、スマートフォン、カメラ、ディスプレイ、小型電子機器などに使用されています。 PCBの種類や使用する材料、製品に求められる仕様によって、裸基板の製造工程は異なります。裸基板の製造が完了した後、PCBは電子部品を実装する工程へと進み、最終的にPCBAとして完成します。

プリント基板（PCB）の製造工程の概要

PCBの構造、使用する材料、製品に求められる仕様によって、実際の製造工程は異なります。ただし、電子基板全体の生産工程を大きく捉えると、主に「裸基板の製造」と「PCBAの実装」の2つに分けることができます。

工程	主な作業工程
裸基板の製造	設計 → 材料切断 → 穴あけ → めっき → 回路形成 → ソルダーレジスト → 表面処理 → 検査
SMT実装	はんだペースト印刷 → 部品実装 → リフローはんだ付け
THT実装	スルーホール部品挿入 → はんだ付け
PCB保護	接着剤塗布 → コーティング → ポッティング
仕上げ	基板分割 → 切断 → レーザーマーキング
検査	外観検査 → AOI → ICT/FCT → 最終検査

このうち、PCBの製造工程では、設計データに基づいて導電パターンや必要な構造を形成し、裸基板を完成させます。その後、PCBは基板実装工程へ移され、電子部品の実装、はんだ付け、保護処理、検査などを経て、完成したプリント基板アセンブリ（PCBA）となります。

裸基板の製造工程

裸基板の製造工程では、銅張積層板などの基材から、導電パターン、接続用の穴、必要な保護層を備えたPCBを製造します。生産規模や製造形態によって異なりますが、この工程は一般的にPCB専用の製造工場または専門の生産エリアで行われ、その後、PCBAの実装工程へと引き渡されます。

設計と製造データの出力

製造前に、エンジニアが専用の設計ソフトウェアを使用して回路を設計し、加工に必要な製造データを準備します。製造データには通常、各層に対応するGerberファイルや関連情報のほか、加工する穴の位置やサイズを指定するドリルデータなどが含まれます。量産に移行する前には、DFM（Design for Manufacturing）の考え方に基づいてデータを確認し、製造工程上の問題につながる可能性のある設計上の特徴を事前に特定する場合があります。これにより、量産時に発生する不具合のリスクを低減できます。

材料の切断と穴あけ

銅張積層板などの基材を準備し、生産用パネルに適したサイズに切断します。その後、CNCドリルマシンを使用して設計データに基づいた穴あけ加工を行います。加工対象には、スルーホール、位置決め穴、PCBの構造に応じて層間接続に使用される穴などが含まれます。穴あけ加工の精度は、穴位置の正確性だけでなく、電子部品の実装性や、後工程で形成される電気的接続の品質にも影響します。

スルーホールめっき

層間接続が必要なPCBでは、穴の内壁を適切に処理した後、銅めっきを施して設計に沿った導電経路を形成します。穴の内壁に形成された銅層によって、スルーホールやビアを介してPCBの各導電層を電気的に接続することができます。この工程の品質は、電気的接続の安定性や、使用時における基板の信頼性に大きく関わります。

回路パターンの形成とエッチング

回路パターンは、フォトイメージングなどの工程を用いてPCB表面に形成され、その後、製造技術に応じた材料処理が行われます。回路パターンに不要な銅を除去することで、設計に必要な導電パターン、パッド、その他の構造を残します。多層PCBの場合、内層回路を個別に形成した後、各層を絶縁材料などと積層・プレスして多層構造を形成する場合があります。その後、基板は構造や仕様に応じた追加の加工・表面処理工程へ進みます。

ソルダーレジストの塗布とシルク印刷

ソルダーレジストは、PCB表面に形成される保護膜です。一般的には緑色が多く使用されますが、製品の仕様に応じてさまざまな色を選択できます。この保護膜には、はんだ付けを必要としない銅部分を保護し、外部環境による影響を抑えるとともに、隣接する導電部間でのはんだブリッジの発生を防ぐ役割があります。その後、シルクスクリーン印刷によって、部品の実装位置、回路記号、ロゴ、製品番号など、製品の識別や組立に必要な情報を基板上に表示することがあります。

パッドの表面処理

はんだ付けを行うパッドには、銅表面を保護するとともに、後工程でのはんだ付け性を確保するための表面処理を施します。代表的な処理方法として、HASL、ENIG、OSPなどがあります。表面処理方法の選定は、はんだ付け条件、PCB材料、保管期間、使用環境、製品の仕様などを総合的に考慮して決定します。

外形加工と電気検査

主要な製造工程が完了した後、PCBはルーター、フライス加工など、適切な方法を用いて設計された基板外形に加工されます。Vカットを使用するパネルでは、後工程で基板を分割しやすくするため、あらかじめV字状の溝を形成します。量産工程では、後工程への供給や搬送、処理を効率化するため、複数のPCBを1枚のパネル上に配置することがあります。実装工程へ移行する前には、製品仕様や品質管理基準に応じて、導通、短絡、その他の電気的特性を検査する場合があります。検査基準を満たさない基板は、不良品として選別され、メーカーの定める処理手順に従って対応します。

So do quy trinh che tao board tran PCB

プリント基板（PCBA）の実装工程

裸基板の製造が完了した後、PCBは電子部品を実装する工程へ移され、PCBA（Printed Circuit Board Assembly）として完成します。製品の構造に応じて、生産ラインにはSMT、THT、はんだ付け、接着剤塗布、コーティング、ポッティング、基板分割、各種検査などの工程を組み合わせることができます。これらの工程は、専用設備、ロボット、治具、カメラ、制御システムなどを活用して、高度に自動化できる領域でもあります。

はんだペースト印刷とSMT部品実装

SMT（Surface Mount Technology）は、電子部品をPCB上のパッドに直接実装する表面実装技術です。まず、ステンシルを使用して設計に基づいた量のはんだペーストを各パッドに印刷します。その後、マウンターが抵抗、コンデンサ、ダイオード、ICなどの電子部品を供給部から取り出し、プログラムされたデータに従って所定の位置に高精度で配置します。部品実装後、PCBはリフロー炉を通過します。リフロー炉では、適切な温度プロファイルに基づいて加熱することで、はんだペーストを溶融させ、部品の端子と基板上のパッドとの間に接合部を形成します。はんだ付け後の基板は、次の工程へ移る前に、カメラや専用検査システムを使用して検査することがあります。大量生産を行うラインでは、SMT工程を高度に自動化することで、生産速度、実装精度、各生産サイクルにおける再現性を安定して維持することができます。

スルーホール部品の挿入とはんだ付け

すべての電子部品がSMTに適しているわけではありません。大型部品、機械的強度が求められる部品、またはコネクタ、リレー、トランス、一部のコンデンサなど、リード端子を持つスルーホール部品は、THT（Through-Hole Technology）によって実装される場合があります。部品をPCBに挿入した後、部品のリード端子を製品の設計や生産量に適した方法ではんだ付けします。代表的な方法には、以下があります。

ディップはんだ付け： PCBまたは部品を実装した基板を溶融はんだ槽に浸し、1サイクルで複数のはんだ接合部を形成します。基板の構造やはんだ付け箇所がディップはんだ付けに適している製品に適した方法です。

フローはんだ付け（ウェーブはんだ付け）： コンベアによってPCBを溶融はんだの上またはその近傍を通過させ、連続的に複数のはんだ接合部を形成します。安定した生産量があり、基板設計がウェーブはんだ付けに適している生産ラインで一般的に使用されます。

はんだ付けロボット： ロボットがあらかじめ設定されたプログラムと軌道に従って、指定されたはんだポイントやはんだラインを自動で処理します。特殊な位置へのはんだ付け、繰り返し作業が必要な工程、大量一括はんだ付けでは対応しにくい箇所などに適した方法です。特殊なはんだ付け仕様が求められる製品では、はんだポイント数、部品の位置、使用材料、生産量、製品ごとの品質要求などを総合的に考慮して設備構成を選定する必要があります。

接着剤塗布、コーティング、ポッティング

PCBAでは、電子部品の固定、接合部の保護、防振、防湿、絶縁、さらには特殊な使用環境における電子部品全体の保護を目的として、各種接着剤や保護材料が使用されることがあります。用途に応じて、定量塗布、コーティング、ポッティングなどの方法を選択できます。

定量接着剤塗布

自動接着剤塗布機は、設定された量の材料をPCB上の指定位置へ正確に塗布します。システムによって塗布経路、移動速度、吐出量などを制御できるため、手作業と比較して高い再現性を確保しやすくなります。接着剤の吐出量や塗布位置の精度は、部品の固定性能、密着性、硬化後の品質に影響します。そのため、設備構成を選定する際には、使用材料の粘度、塗布ポイントのサイズ、製品の要求仕様などを考慮する必要があります。

コーティング

コーティングでは、基板の特定領域または表面に保護材料を塗布します。材料の種類や必要な膜厚・塗布範囲に応じて、ノズル、吐出量、移動軌道などを適切に設定します。この工程を自動化することで、塗布範囲、材料使用量、製品間の塗布状態の再現性を管理しやすくなり、作業者の手作業への依存も低減できます。

定量接着剤塗布

接着剤塗布機は、設定された量の材料を製品上の所定位置へ正確に吐出します。接着剤の吐出量と塗布位置の精度は、部品の固定性能や硬化後の品質に影響します。

コーティング

コーティングでは、基板の特定領域または表面に保護材料を塗布します。使用する材料の特性に応じて、ノズル、吐出量、移動軌道などを適切に設計します。

ポッティング

ポッティング（Potting) とは、電子部品の一部またはアセンブリ全体に樹脂などの材料を充填・封止し、防湿、防振、絶縁、内部部品の保護性能を高める工程です。使用する材料によって、硬化方法はUV、加熱、化学反応など異なります。そのため、ポッティングシステムは、使用する材料の種類、粘度、必要に応じた混合比、硬化時間、製品の要求仕様などを考慮して設計する必要があります。

基板分割とトレーサビリティコードのマーキング

実装工程では、材料供給や複数基板の同時処理を効率化するため、複数のPCBを1枚のパネル上に配置することがあります。必要な工程が完了した後、パネルはVカット、ルーター、カッター、レーザーなどを使用して個々の基板に分割します。使用する方法は、パネル構造や製品仕様に応じて選択されます。基板分割ラインの近くに電子部品が配置されている製品や、高い加工安定性が求められる製品では、PCB材料、基板厚、パネル設計、部品配置などを考慮して適切なデパネリング（Depaneling）方法を選定する必要があります。また、切断・分割だけでなく、レーザーを使用してQRコード、シリアル番号、製品コード、その他のトレーサビリティ情報をPCB表面に直接マーキングすることもできます。

品質検査

品質検査は、PCBAが次の工程へ移行する前、または完成品に組み込まれる前に、不具合を検出するための重要な工程です。製品の要求仕様に応じて、複数の検査方法を組み合わせることができます。

外観検査： 目視またはカメラで確認可能な外観上の不具合を検出します。
AOI（Automated Optical Inspection）： 光学システムを使用して、部品の実装位置、はんだ接合部の形状、その他の実装不良を検査します。
ICT（In-Circuit Test）： 検査用に設定されたポイントにおいて、回路の電気的特性を検査します。
FCT（Functional Test）： あらかじめ設定された条件に基づいて、基板が所定の機能を正常に動作するかを検査します。
導通・短絡検査： PCB上の電気的な接続状態や短絡の有無を確認します。

自動生産ラインでは、検査データを製品コードごとに保存することで、トレーサビリティの確保、不具合分析、品質管理などに活用できます。

PCB製造工程では、どの工程から自動化すべきか？

企業は、必ずしも生産ライン全体を最初から自動化する必要はありません。手作業中心の生産から自動化へ移行する工場では、生産量が多い工程、繰り返し作業が多い工程、高い精度が求められる工程、または不良が頻繁に発生している工程から優先的に自動化することが効果的です。

工程	自動化を検討すべき状況	適した設備
スルーホール部品のはんだ付け	はんだ不良が繰り返し発生し、作業者間・シフト間で品質を安定させにくい	自動ディップはんだ付け機、はんだ付けロボット
接着剤塗布	塗布量のばらつき、接着剤のはみ出し、材料ロスが発生している	自動接着剤塗布機
コーティング	塗布状態が安定せず、手作業への依存度が高い	自動コーティング装置
ポッティング	材料量や充填位置の管理が難しい	ポッティング・硬化システム
基板分割	切断端面が安定せず、部品に影響を与えている	基板分割機
トレーサビリティ	基板ごとに個別の識別コードが求められている	レーザーマーキング装置
検査	手作業による検査に時間がかかり、不良の見逃しが発生している	カメラ、AOI、検査治具

生産量の多い工程を優先する

1日に数百回、数千回と同じ作業を繰り返す工程では、自動化によって作業時間を短縮し、生産サイクルの安定化を図ることができます。設備を選定する前に、時間当たりの生産数量、サイクルタイム、現在必要となっている作業人員などを評価することが重要です。

作業者の技能に大きく依存する工程を優先する

はんだ付け、接着剤塗布、外観検査などの作業は、作業者の経験や作業環境によって結果が左右される場合があります。高い再現性が求められる工程では、自動設備または半自動設備を導入することで、重要な工程パラメータをより安定して管理できます。

高い精度が求められる工程を優先する

接着剤の定量吐出、はんだ付け位置、パネル分割、コードマーキングなどの工程では、高い位置精度と繰り返し精度が求められます。工程の要求仕様に応じて、ロボット、サーボモーター、センサー、カメラ、治具などを組み合わせることができます。

データのトレーサビリティが必要な工程を優先する

各PCBに固有の識別コードを付与する必要がある場合、レーザーマーキングシステムをカメラやデータ管理ソフトウェアと連携させ、製品コードの生成・印字と読み取り確認を行ったうえで、次工程へ搬送することができます。自動化の目的は、必ずしもすべての作業者を設備に置き換えることではありません。多くの生産ラインでは、繰り返し作業を自動化する一方で、作業者が材料供給、設備監視、検査、不具合発生時の対応などを担当する方式が適しています。

CNC VINAのプリント基板製造ラインソリューション

CNC VINAは、各企業の生産要件に合わせて、自動機械および電子機器業界向けの生産ラインを設計・製造しています。工程や製品の特性に応じて、各設備を単独で導入することも、複数の設備を統合して一貫した生産ラインとして構築することも可能です。

導入可能な主な設備・ソリューションには、以下があります。

設備構成の選定では、単に機械の種類だけでなく、PCBのサイズ、製品重量、時間当たりの生産数量、サイクルタイム、部品の種類、作業位置、検査要件、工場レイアウトなども総合的に考慮する必要があります。

すでに稼働している生産ラインについては、必ずしもシステム全体を変更する必要はありません。CNC VINAでは、各工程を個別に評価し、自動化に適した箇所を特定したうえで、既存設備との連携を考慮した自動化ソリューションを提案できます。最終的な設備構成は、実際の製品サンプル、技術仕様、生産数量、工場の運用条件などを踏まえて設計する必要があります。

プリント基板（PCB）の製造工程は、裸基板の製造から始まり、電子部品の実装工程を経て、完成したPCBAへと仕上げられます。製品の種類によっては、SMT、スルーホール部品の実装、はんだ付け、接着剤塗布、コーティング、ポッティング、基板分割、レーザーマーキング、各種検査など、さまざまな工程を組み合わせることができます。

生産量の増加や品質要求の高度化に伴い、繰り返し作業が多く、高い精度が求められる工程から、専用設備、ロボット、治具、検査システムなどを活用した自動化を検討することができます。CNC VINAでは、各工程を調査・評価し、設備単体の設計・製造から、複数のモジュールを統合した生産ラインまで、企業の工場レイアウトと生産要件に合わせたソリューションを提案しています。

製品仕様や生産量に適したプリント基板製造ラインについて、CNC VINAまでお気軽にお問い合わせください。

CNC VINA（ベトナム技術応用・CNC株式会社）

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