プリント基板 サブトラクティブ法 プリント基板 2013年04月05日 *サブトラクティブ法*全面に銅箔を張られた基板から、不要な部分を取り除いて回路を 残す方法。・配線として残したい部分に、シルクスクリーン印刷などで防蝕膜となるインクや塗料を塗布して覆い（マスキング）、金属腐食性のある薬品（銅箔の 場合、一 般的に塩化第二鉄溶液を用いる）で腐食（エッチング）させて必要な回路を残す方式。プリント基板という名称の語源はここから来ている。・印刷によるマスキングに換えて、フォトレジストを塗布した基板を用いる。配線パターン形状を撮影したマスクフィルムで覆って感光させてから溶剤 で溶かし、配線パターン部分を残してエッチングする方式。（フォトリソグラフィ）フォトレジストの特性により、感光した部分が耐溶解性となる（ネガ型） のものと 初期状態では耐溶解性で感光した部分が溶解性となる（ポジ型）のものがあり、それに応じてマスクフィルムはネガ／ポジを使い分ける必要がある。この技術 は、半導体の製造にも応用されている。・腐食液を適切に処理しないと環境破壊につながるという点や、マスク作成の工程が複雑などの短所がある。・全面が銅箔の基板から、不要な部分を機械的に切削、取り除いて回路を残す方式は、薬品やマスクが不要である。試作などの少量製作の場合に、簡便 に回路基板を製作できる。これは手作業でも行えるが、専用の機械を使うほうが便利である。*サブトラクティブ法による製造法の一例*光硬化樹脂を塗布した銅箔面に紫外線でパターンを露光する。現像後、加熱する（ベーキング）。その後、塩化鉄(III) 水溶液で不要な銅箔をエッチングする。銅箔のエッチング時の化学反応は以下のとおりである。 塩化鉄(III) の3価の鉄イオンが銅に電子を与えて2価になり、銅は銅イオンになる。塩化鉄(III) は塩化鉄(II) になる。エッチング終了後水洗、乾燥してからはんだ付けしない部分をコーティングする。穴を開けてから多層基板の場合は重ねてスルーホールを通す。その後 所定の形状に切り抜く。 PR
プリント基板 基板実装に関する技術 プリント基板 2013年04月05日 *（エッチング）レジスト*プリント基板の製造工程において、基板を覆うように塗布あるいは貼付される物質、またはそうして形成された層のこと。役割としては、エッチング工 程におい て、配線として残したい部分の銅に薬剤が接触しないようにする。かつてはポリアミドフィルムを貼付した後ドリルで穴を開けるなどしていたが、最近 では感光 性の組成物（フォトレジスト）を塗布して、パターン露光、現像（→フォトリソグラフィ）により、必要な部分のみを残す方法が主流である。エッチング工程の 前に穴あけおよびスルーホールめっきを施している場合は、パターンを形成する部分とスルーホールめっきを保護するために両者をレジストで覆う必要 があり、 これをテンティング法と呼ぶ。またパターンやスルーホールとなる部分に、はんだ（スズ-鉛めっき）を施してこれをエッチングレジストに使用するはんだ剥離法（パターンめっき法 の工程の 一部）という工法もある。この工法では、最終的にはんだを剥離しないでスルーホール部のみはんだを取り除いてPWBとして使用したり、パターン上 のはんだ の上に直接ソルダーレジストを塗布することではんだ剥離工程を省き多少コストを低くすることも行われていたが、ソルダーレジストに凹凸が発生する ことや応 力などによりソルダーレジストが剥がれやすいため現在は一般的ではなく、代わって全面のはんだを剥離した後にテンティング法と同様にソルダーレジストを塗 布する方法が一般的となっている。はんだ剥離法でパターン形成後、パターン上のはんだを剥離しないでソルダーレジストを形成した例*ソルダーレジスト*はんだ付けが必要な部分だけを銅箔として露出し、はんだ付けが不要な部分にはんだが付かないようにプリント板上に形成する熱硬化性エポキシ樹脂皮 膜のこと。プリント板製造工程の最終段階で施工される。日本では主に緑色もしくは黄緑色のものが使われるが、海外生産品では青色や赤色その他の色も使わ れている。従来は緑色の顔料に塩素や臭素などの難燃性材料が含まれていたが、環境への対応としてこれらが不要な青色のレジストを用いた環境調和型（ハロ ゲンフリー）のレジストが開発された。プリント配線板を焼却した際にダイオキシンなどが発生しにくいため、環境調和型プリント配線板基材と共に採用例が 増えてい る。現在では緑色レジストでも塩素、臭素を含まないものが開発されている。なお、青色のレジストを使っていても環境調和型（ハロゲンフリー）とは限らない ので注意が必要である。*永久レジスト*フルアディティブ、パートリーアディティブ工法などでは、銅パターンを形成したくない部分にレジストを形成し、電解めっきまたは無電解めっきでレ ジストの ない部分にのみめっきを析出させる。このときのレジストはめっきレジストとして機能すると共にそれ以降は剥離せずにそのままソルダーレジストとし て使用す るため永久レジストと呼ぶことがある。*エッチング*詳細は「エッチング」を参照*層間接続*ビアの種類 （基板の断面を横から見た図）貫通ビア（Through Hole Via、スルーホール・ビア）プリント板の各層を接続するため、基板の全層を貫通する垂直に穿った穴の内側に導体をめっきにより形成したもの。部品実装用の穴は通常、層間の接 続を兼ね るが、それ以外の場所でも必要なら貫通ビアを設けて接続する。部品実装に使わずに層間接続だけの貫通ビアは、占有面積を小さくするために出来るだ け小さな 穴径が要求される。めっきによる貫通ビア作成技術が確立する以前は、はとめ（鳩目）を用いていた。*IVH (Interstitial Via Hole)*通常のビアは基板を貫通するが、IVHは特定の層間のみを接続するビアである。それ以外の層にはビアが現れないため、集積度を向上させることがで きる。BVH（Blind via hole、ブラインド・ビア・ホール）またはBH（Buried hole、ベリッド・ホール）などと呼ぶこともある。IVHの形成方法はドリルによる穴開け、レーザー加工、エッチング加工が代表的。基板業界ではIVH 多層基板といえばドリルによる穴開けタイプのことを指すことが多く、ビルドアップ基板とは区別される場合が多い。*アスペクト比*ビア・ホールの板厚（）/穴径の値。めっき処理などの制約で細く長い穴は製造が困難になる。多層基板で板厚が厚い場合は、アスペクト比の制約から 穴径が大きくなる。*マイクロ・ビア*穴径の小さなビアのこと。通常のビア・ホールに比べて穴径が小さいビアを指すが、明確な定義はない。レーザーによる穴あけであるレーザー・ビアが マイクロ・ビアの加工に向いている。*レーザー・ビア*レーザーによる穴あけ。波長によって、銅に反射されるため導体層までしか穴があかないものや、全てを貫くものがある。低出力レーザーで大きく深い 穴あけでは長時間の加熱で基板の信頼性が損なわれる。順次穴あけなので穴数に比例して時間がかかる。*フォト・ビア*穴あけ以外の場所をマスクして露光、現像によって絶縁層を溶かし穴を形成するにより。その後、マスクを洗浄除去する。一括穴あけなので穴数が多く ても加工 時間は同じだが深い穴あけには向かない。銅を溶かさないので導体層で止まるため多層に穴あけを行なうには工夫が必要となる。*パンチング*プレス機などで全てのビア・ホールを一括穴あけする。やわらかい基板に向く[3]*スルーホール実装（穴挿入部品実装）*アキシャル部品とラジアル部品 こういった形態の部品はリード部品と呼ばれる。スルーホールに部品リード（足）を通して部品を実装する方式。ラジアル部品、アキシャル部品、DIP、PGA、ZIPなどのパッケージはこの方式 で実装するための形態である。*表面実装* 表面実装技術 (Surface Mounting Technology、SMT) はプリント板に実装用の穴を設けるのではなく、基板上に部品を載せて部品実装面の表面だけのはんだ付けで部品を固定・接続する技術。*リフローはんだ*パッドの上にクリーム状のはんだを塗布し、部品を載せた後、温風やフロリナート蒸気、赤外線で基板全体を加熱してはんだ付けする方法*フローはんだ*接着剤で基板に部品を貼りつけ、加熱して溶かしたはんだの槽に基板を浸してはんだ付けする方法フローはんだは端子が狭ピッチ化したICの実装が困難であるなどの欠点があるが、リード部品を同時にはんだ付けできるため、リフロー・フロー工程 を適宜組 合わせて用いたり、工程に適した基板設計が行なわれる。1990年代以降の高密度実装の技術では主流である。表面実装用部品を (Surface MountingDevice、SMD) と呼ぶ。代表的なSMDとしてチップ部品、IC、LSIのSOP、QFP、BGAなどのパッケージがある。*ランド*元々、スルーホール実装用部品を挿入する穴の表面周囲に設けた円形や四角形のはんだ付け用の銅箔の呼称であったが、表面実装部品を実装するための はんだ付け用銅箔もランドと呼ばれることが多くなっている。*パッド（フットプリント）*表面実装部品を実装するための、はんだ付け用銅箔。
プリント基板 構造による分類 プリント基板 2013年04月05日 *片面基板*片面のみにパターンがあるもの。 1層基板。*両面基板*両面にパターンがあるもの。 2層基板。*多層基板*ウエハース状に絶縁体とパターンを積み重ねたもの。部品の実装密度が上がり、回路結線が複雑になると両面では回路配線を収容しきれないため層を増 やすこと で対応する。表面以外の層は直視できないため保守性は劣る。このため4層基板の場合、目視しやすくするため、内側の2層（内層）を電源層およびグ ラウンド 層として用い、信号線は表面の2層（外層）に配置する場合が多い。高密度実装が要求される機器では6層や8層の基板もしばしば採用されるが、各層 を平等に 扱う場合と4層で収容し切れなかった信号配線を追加層に順次収容するように使う場合とがある。内層のある層を電源層やグラウンド層として使うこと が多い。 高性能コンピュータなどでは数十層におよぶ場合もある。 多層板の種類は大きく分類すると、スルーホールで層間の回路を接続する貫通多層板、Interstitial Via Hole (IVH) で層間を接続するIVH多層基板、ビルドアップ工法により作製されるビルドアップ基板に分けられる。貫通多層板はパソコン用マザーボードなどに使用され る。多層基板はビルドアップ工法など、特別な装置や工程を必要とするため、専門メーカーによって製造される。片面基板・両面基板は特別な工程は必 要としな いため、電子工作愛好家が自家製作するための材料も市販されている。*ビルドアップ基板*詳細は「ビルドアップ基板」を参照 逐次積層法により一層ずつ層を積み上げ、レーザー加工などにより直径100μm程度の微細な層間接続ビアを形成した、配線密度の高い多層配線板。 日本 IBMが開発した、感光性樹脂にフォトリソグラフィで穴あけを行うSLC (Surface Laminar Circuit) 基板が先鞭をつけたとされる（現在は京セラSLCテクノロジーに移管）。海外ではhigh densityinterconnect (HDI)、層間接続ビアはMICROVIA（マイクロビア、マイクロバイア）と呼ばれることが多い。携帯電話やデジタルカメラなど実装密度が高く、薄型 化が要求される携帯機器への採用が進んでいる。代表的な製品としてはパナソニックエレクトロニックデバイスのALIVHやイビデンのFVSS、日 本シイエ ムケイのPPBU、東芝が開発したB2it（後に大日本印刷と合弁会社を設立、現在は大日本印刷に移管）など多くの企業で様々な方式がある。ビル ドアップ 基板は基本的に一層ずつ積層を行い、その都度ビア形成、回路形成を行う必要があるため層数が増えれば増えるほどリードタイムが伸び製造コストがか かる欠点 がある。この問題を克服するために全層を一度に積層してしまう一括積層法の開発が進んでいる。一括積層法の代表的なものとしてはデンソーの PALAPや住 友ベークライトのS-Bicなどがある。
プリント基板 組成による分類 プリント基板 2013年04月05日 *紙フェノール基板*紙にフェノール樹脂を含浸したもの。別名ベークライト基板（ベーク基板）。安価で加工性が良いので、プレスによる打ち抜きで民生機器用基板を大量 生産するに使われる。反面、機械的強度が低く、反りも生じやすい。通常片面基板として利用される。*紙エポキシ基板*紙にエポキシ樹脂を含浸したもの。紙フェノールとガラスエポキシの中間的な特徴を持つ。通常片面基板として利用される。*ガラスコンポジット基板*切り揃えたガラス繊維を重ねて、エポキシ樹脂を含浸したもの。安価な両面基板として利用される。 ガラスエポキシ基板*ガラスエポキシ基板*ガラス繊維製の布（クロス）を重ねたものに、エポキシ樹脂を含浸したもの。電気的特性・機械的特性ともに優れている。上記の基板と比較して高価で はあるが、近年の需要増加により、価格は下がる傾向にある。表面実装用基板として最も一般的に使われている。両面基板以上の多層基板に利用される。*テフロン基板*絶縁材にテフロンを用いたもの。高周波特性が良好なためUHF、SHF帯の回路に用いられるが、非常に高価である。近年、半導体の性能向上により ガラスエポキシ基板でも所望の性能を得る事が可能となったため、民生品で使われる事は少なくなっている。*アルミナ（セラミックス）基板*グリーンシートと呼ばれるアルミナ（酸化アルミニウム）にタングステンなどでパターンを形成／積層したものを焼成して製造するファインセラミック スの一種。色は白や灰色などがある。高周波特性や熱伝導率に優れるため、主にUHF、SHF帯のパワー回路で使用される事が多い。高価である。*低温同時焼成セラミックス (LTCC) 基板*アルミナ基板の高価格、高温で焼結させるために配線に銅が使用できないといった問題を解決した基板。ガラスにセラミックを混合して800℃の低温 で焼成する。そのため配線に銅が使用可能となった。熱膨張率が小さい、絶縁特性がよいという特性を生かして基板内部にコイル、コンデンサ等の受動部品を製 作する事 も可能。高周波回路のサブストレート、高周波モジュールの基板としてアルミナ基板に置き換わっている。熱伝導率はアルミナ基板より劣る。*コンポジット基板*ガラスエポキシ基板を中心として両面には紙エポキシ基板を形成したもの。ガラスエポキシ基板のみに比べて加工しやすく、価格が安い。また近年では 両面にテ フロンを使用したコンポジット基板が高周波回路用に作られている。テフロン基板より安価で、ガラスエポキシ基板より周波数特性が優れている。*ハロゲンフリー基板*ガラスエポキシ基板と構造は同じだがフッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン系難燃剤を含まない多層基板。リサイクル焼却時に発生する有毒物質 を抑える ことができる。また、同時にハロゲンフリーのレジストを使用した場合、基板は青っぽくなる。ただし、緑色のハロゲンフリーのレジストも存在する。
