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多層PCB製造は、高度な電子機器の開発を支える主要技術であり、コンシューマーエレクトロニクス、航空宇宙、医療機器産業など幅広い分野で応用される小型かつ高性能な機器の統合を可能にします。片面または両面PCBが銅層を1〜2層だけ持つのに対し、多層PCBは3層以上の銅層を絶縁材で積層したもので、より複雑な回路配線、高い部品密度、優れた電気的性能を実現します。多層PCB製造の主な工程を理解することで、設計者、エンジニア、購買担当者は品質、信頼性および生産能力についてより深く知ることができます。
設計レビューおよびエンジニアリング準備
多層PCBの製造は、物理的な製造に加えて、基本的に設計段階の産物です。Gerberファイル、積層構成の詳細、および技術的要件を受け取った後、エンジニアは設計内容を非常に詳細に検討します。トレース幅、間隔、インピーダンス要件、層のアライメント、ビア構造、および材料選定について、細部まで設計を精査します。
高密度で非常に複雑な基板では、シミュレーションおよび製造性設計（DFM）解析が必須です。
King Fieldのようなメーカーは、信号完全性の問題やドリル加工の困難など、潜在的な問題を早期に特定したDFM結果を提供することで、高コストな設計修正を回避し、生産プロセスが円滑に進むことを保証できます。
内層イメージングおよびエッチング
各内部銅層は個別に製造されます。まず、銅張積層板の表面を清掃し、その上に感光性のレジストを塗布します。次に、紫外線（UV）を使用して、フォトエングレービングと呼ばれる工程で、レジストに回路パターンを非常に正確に転写します。
現像プロセスにより、光に露光されたレジストが除去され、レジストで覆われていない銅は酸化剤による化学エッチングで取り除かれます。この段階で自動光学検査（AOI）を使用して、線幅や間隔が所定の仕様どおりであることを確認し、またパターンに欠陥がないかを検証します。層間圧着後の欠陥は修正が不可能なため、内層の品質が良好であることを確実にしておくことが極めて重要です。
内層酸化処理
ラミネーションの前処理として、内層は酸化物または他の表面処理が施され、接着を促進します。この処理中に銅の表面が原子レベルで粗面化され、ラミネーション時に銅層とプリプレグ絶縁材との密着性が向上すると考えられています。層間の密着性は、多層PCBの機械的安定性および長期的な信頼性にとって非常に重要な要素です。これは高温環境や振動環境で使用される多層デバイスにおいて特に重要です。
層構成とラミネーション
ラミネーションは、間違いなく多層PCB製造プロセスの中で最も特徴的な工程の一つです。内層は、プリプレグ（エポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維）を間に挟みながら積層され、外側の銅箔は承認された層構成設計に従って上下に追加されます。
次に、この積層体をラミネーションプレスに投入し、制御された温度と圧力のサイクルを加えます。これにより、プリグレグ樹脂が溶融して流れ、その後固化することで、すべての層が一つの堅固な基板としてしっかりと結合します。正確な温度、圧力および時間の管理が、層間の精密な位置合わせを保証し、空洞（ボイド）や層間剥離といった典型的な欠陥を回避するために必要不可欠です。
ドリル加工およびビア形成
ラミネーション後、多層PCBにはスルーホール部品および各層を電気的に接続するためのビア用の穴を開ける必要があります。CNCドリル盤が機械的穴を形成する一方で、高密度実装（HDI）設計におけるマイクロビアには、レーザードリル装置が使用されることがあります。
穴開け後に、穴壁はめっき処理を行うために洗浄および活性化されます。言うまでもなく、層間の電気的接続が損なわれないよう、ドリル加工は非常に高い精度で行われなければなりません。さもなければ、位置ずれによって接続不良が生じてしまいます。
ホールのメタライゼーションと銅めっき
ビアを導電性にするために、まず無電解銅めっきプロセスによってホール内壁に薄い銅薄膜を堆積させる。その後、電解銅めっき処理を行い、電気的および機械的に信頼性が確保できる厚さまで銅層を増加させる。
外層イメージングおよびエッチング
最終層の回路は、内層と同様にフォトレジストで外層にイメージングすることで形成される。フォトリソグラフィーおよび現像工程の後、余分な銅がエッチング除去され、完成した回路が外層上に残る。
この段階では、パッド形状、配線ルーティング、部品接続ポイントがすべて決定され、実装歩留まりおよび電気的性能の両方に影響を与える。
ソルダーレジストの塗布
ソルダーマスクは、銅の配線を不必要な酸化や汚染から保護し、隣接するパッド間でのはんだブリッジの発生を抑えるために、PCB上に塗布されるラッカー状のポリマー層です。はんだ付けを行うパッドやビアの開口部は、ソルダーマスク層でのみ定義されます。
多層PCB、特にピッチが細かい部品を使用する場合においては、ソルダーマスクのアライメント精度が極めて重要になります。このため、キングフィールドなどの製造業者は、均一な被覆と長期間にわたる性能を実現するために、最先端のイメージングおよび硬化装置を採用しています。
表面仕上げ
表面処理の利点の一つは、露出した銅パッドの保護に加えて、はんだ付け性の向上です。一般的な表面処理方法には、HASL、ENIG、OSP、浸漬銀、浸漬錫などがあります。最適な処理方法の選定は、保存寿命、実装方法、電気的性能などの要因に応じて決まります。
平らな表面と優れた耐腐食性を持つため、高信頼性が求められる用途ではENIG処理が好まれます。
電気的テストおよび最終検査
テストと検査は、多層PCB製造の最後の工程です。非常に複雑な多層構造において、どの層にもショートやオープンがないことを確認するため、導通および絶縁状態をチェックする電気的テストが実施されます。さらに、外観検査、測定（寸法検査）、場合によってはX線検査も用いられ、内部のアライメントやビアの品質が正しいかを確認します。
すべての規定された仕様に適合した基板のみが、包装および出荷工程へ進むことが許可されます。
まとめ
多層PCBの製造は非常に困難であり、高い精度と豊富な経験が要求され、各工程において厳格な品質管理策を策定し、遵守する必要があります。したがって、最終検査を含む各種テストとともに、これらのすべての工程が適切に実施されることなくして、製品の性能と信頼性が確保されるとは言えません。
キングフィールドは、高度な設備としっかりとしたプロセス管理を組み合わせることで、さまざまな業界が最先端の電子製品を開発できるような多層PCBを提供することに成功しました。こうした層の構造についてさらに理解を深めることで、現代の電子機器の複雑な仕組みを把握でき、信頼できるPCB製造パートナーを選ぶ際にもお客様を支援します。
