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お悩み
こんなふうに思っていませんか？
- プリント基板の製造工程で、工場の中で何が起きているのか知らない
- 見積りの「層数」「銅箔厚」「表面処理」が、どの工程の話なのかわからない
- デザインルール（最小の線幅や穴の大きさ）がなぜ決まっているのか腑に落ちない
この記事でわかること
- プリント基板の製造工程の全体の流れ（2層と4層の違い）
- 配線を「引き算」で作る仕組み（動く図つき）
- 穴あけ・めっき・ソルダーレジスト・表面処理の役割
- 設計のときに守る製造の制約と、その理由
結論｜まず30秒でわかる答え
プリント基板の製造工程は、銅箔を貼った板（銅張積層板）から不要な銅を薬液で溶かして配線を残す「引き算」が基本です。4層以上の基板では、内層の配線を先に作ってから重ねてプレスし、そのあと穴あけ・めっき・外層の配線・ソルダーレジスト・表面処理・シルク印刷・外形加工・検査の順に進みます。部品をのせてはんだ付けする「実装」は、この製造が終わった生基板に対して行う別の工程です。
次に迷う点次に迷いやすいのは、見積りで「2層か4層か」をどう決めるかです。層の数は工程の数と価格に直結します。決め方は基板の層構成の決め方、部品をつける実装の工程はリフロー実装とフロー実装の違いで。
プリント基板の製造工程
プリント基板は「引き算」で作る｜全面の銅から配線を残す
プリント基板の配線は、全面に貼った銅から、いらない部分を溶かして残したものです。この作り方を「サブトラクティブ法」（引き算の方法）といい、一般的なプリント基板の多くがこの方法で作られています。
プリント基板そのもの（PCBとは何か、層の構造、種類）の基本は、PCB（プリント基板）とは？構造・作り方・種類で図解しています。この記事は、その基板が工場でどう作られるかに絞って追いかけます。
「配線をあとから銅で描き足していく」と思われがちですが、実際は逆です。最初は板の表面がすべて銅で覆われています。そこから配線として残したい部分だけを守り、ほかを溶かします。
たとえると
消しゴムはんこを思い浮かべてください。消しゴムの表面に図柄を描き、残したい線のまわりを彫刻刀で削ると、図柄が浮かび上がります。基板では、彫刻刀の代わりに薬液で銅を溶かし、図柄の代わりに配線が残ります。
材料は「銅張積層板」
出発点は銅張積層板（CCL：Copper Clad Laminate）です。ガラス繊維の布にエポキシ樹脂をしみこませて固めた絶縁の板（FR-4など）に、薄い銅箔を貼ったものです。見積りで指定する「材質」「板厚」「銅箔厚」は、この材料の仕様です。
| 材料 | 役割 |
|---|
| 銅箔 | 配線のもとになる金属。18μm・35μmなどの厚さがある |
| 絶縁の基材（コア） | 電気を通さない板。FR-4（ガラス布とエポキシ樹脂）が定番 |
| プリプレグ | 半分だけ固めた樹脂のシート。多層基板で層どうしを貼り合わせる接着剤の役 |
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POINT
つまり、基板づくりは「守る場所を決める」と「守っていない銅を溶かす」のくり返しです。この考え方がわかると、ほかの工程の意味も見えてきます。
プリント基板は銅を溶かす引き算で作る
エッチングで残した銅の幅と厚さで、その配線に流せる電流が決まります。パターン幅の決め方は次の記事で計算しています。
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プリント基板の製造工程の全体の流れ｜2層と4層の違い
4層基板では、外から見えない内層の配線を先に作り、重ねてプレスしてから、穴あけと外層の配線に進みます。2層基板は内層がないので、穴あけから始まります。
| 順番 | 工程 | 2層 | 4層 |
|---|
| 1 | 材料の切断（銅張積層板を作業サイズに切る） | あり | あり |
| 2 | 内層の配線づくり（露光・現像・エッチング・剥離）と検査 | なし | あり |
| 3 | 黒化処理（内層の銅の表面を粗くして、樹脂とくっつきやすくする） | なし | あり |
| 4 | 積層プレス（プリプレグと銅箔を重ねて熱と圧力で一体化） | なし | あり |
| 5 | 穴あけ | あり | あり |
| 6 | めっき（穴の内側に銅をつけて層どうしをつなぐ） | あり | あり |
| 7 | 外層の配線づくり（露光・現像・エッチング・剥離） | あり | あり |
| 8 | ソルダーレジスト（緑の膜） | あり | あり |
| 9 | 表面処理（パッドの銅を守る） | あり | あり |
| 10 | シルク印刷（白い文字） | あり | あり |
| 11 | 外形加工（大きな板から切り出す） | あり | あり |
| 12 | 電気検査・外観検査、出荷 | あり | あり |
注意｜ここで間違えやすい
内層の配線は、プレスで重ねたあとには二度と触れません。だから内層は「先に作って、検査してから重ねる」のです。工程の細かい順番や方法は、メーカーや基板の種類で違います。ここでは一般的な流れを示しています。
4層基板ができるまでの流れ
配線パターンを作る工程｜露光・現像・エッチング・剥離
配線は、光で固まる膜で「残す場所」を守り、守られていない銅を薬液で溶かして作ります。写真の焼き付けと同じ考え方で、内層でも外層でも同じ流れです。
STEP 1 膜を貼る
銅の上に、光が当たると固まる感光性の膜（ドライフィルムなど）を全面に貼る。
STEP 2 露光
設計データ（ガーバーデータ）から作った配線の形に、紫外線を当てる。光が当たった部分の膜が固まる。
STEP 3 現像
固まらなかった膜を洗い流す。その下の銅がむき出しになる。
STEP 4 エッチング
薬液で、むき出しの銅だけを溶かす。膜で守られた銅が配線として残る。
STEP 5 剥離
役目を終えた膜をはがす。銅の配線だけが板の上に残る。
図① 配線パターンが「彫り出される」5ステップ（断面＋真上を同時に）
はじめ｜銅張積層板（CCL）
スタートは「全面ベタ銅」の板。まだ配線らしきものは何もありません。
STEP1｜膜を貼る
感光性の樹脂（水色）を全面に塗ります。写真フィルムを敷くイメージです。
STEP2｜露光
フォトマスク越しに紫外線。光が届いた部分だけレジストが硬化します（紫）。
STEP3｜現像
固まらなかったレジストを洗い流すと、その下の銅が「無防備」になります。
STEP4｜エッチング 最大の見せ場
薬液にドボン。守られていない銅だけが溶け、真上の図にパターンが浮かび上がります。
STEP5｜剥離
役目を終えたレジストを剥がせば完成。彫刻と同じ「引き算」の作業でした。
ここが「サブトラクティブ法」の正体です。
配線を描き足している工程はどこにもありません。やっているのは「守る場所を決める（レジスト）」と「守られていない場所を溶かす（エッチング）」の2つだけ。この2つで、あらゆる回路が作られています。
エッチングの薬液は、下に向かって溶かすあいだに、横にも少しずつ溶かします。そのため、細い配線ほど先にやせてしまい、細すぎると切れてしまいます。銅箔が厚いほど溶かす時間が長くなるので、横に削られる量も増えます。
図② エッチング液は「横にも」削る──細い配線が消える理由
これが、基板メーカーごとに「最小配線幅」が決まっている理由です。
エッチングは、深さ方向に進むあいだずっと横方向にも進みます。だから細い配線ほど先に食い尽くされる。業者のデザインルールは意地悪ではなく、この物理現象に対する安全マージンなのです。銅箔が厚いほど掘る時間が長くなり、横も削られるため、35μm品は18μm品より最小幅が大きくなります。
POINT
つまり、基板メーカーが決めている「最小の配線幅」と「最小の配線間隔」は、エッチングが横にも進むことへの安全な余裕です。銅箔を厚くすると、最小の配線幅も大きくなるのはこのためです。
配線パターンの作り方(露光・現像・エッチング)
多層基板の積層プレス｜内層を挟んで1枚にする
4層基板は、配線を作った内層の板の上下にプリプレグと銅箔を重ね、熱と圧力で1枚にします。これを積層プレス（ラミネーション）といいます。
4層基板の場合、まん中の板（コア）の両面に内層の配線（2層目と3層目）を作り、その外側にプリプレグ、いちばん外側に銅箔（1層目と4層目になる）を重ねます。プレスすると、プリプレグの樹脂が溶けてすき間を埋めながら固まり、全体が1枚の板になります。プレスの前には黒化処理で内層の銅の表面を粗くして、樹脂がはがれにくいようにしておきます。
図③ 5枚の板が1枚になる瞬間（多層プレス）
熱 ＋ 圧力 ▼▼▼
L1 外層銅箔
プリプレグ（半硬化の接着シート）
プリプレグ（半硬化の接着シート）
L4 外層銅箔
▲▲▲
○ 一体化して4層基板の「素材」が完成
① 材料はバラバラの5枚。真ん中の内層CCLは、すでにパターンをエッチング済みです（あとから触れないので先に作る）。
② 位置をピタリ合わせて重ねます。ここでズレると層間の位置精度が狂い、ビアが外れます。
③ 高温・高圧でプレス。プリプレグの樹脂が溶けて流れ、隙間を埋めながら硬化します。
④ 一体化して完成…ではありません。この後さらに、外層の穴あけ・メッキ・エッチングをもう一周やります。
「4層にすると倍以上」の理由がここにあります。
内層のパターン形成を先に1周、プレスして、外層でもう1周。つまり図①の5ステップを2回まわしているのです。工程数が単純に倍、それに加えて層間ズレの検査も増えます。設計時に「本当に4層が必要か」を一度立ち止まる価値は十分あります。
注意｜ここで間違えやすい
重ねるときに位置がずれると、あとで開ける穴が内層の配線から外れてしまいます。層の数が増えるほど、内層づくり・位置合わせ・プレスの工程が増えるので、基板の価格と納期にそのまま響きます。
多層基板の積層プレス
穴あけとめっき｜穴の内側に銅をつけて層をつなぐ
穴を開けただけでは層どうしはつながらないので、穴の内側に銅のめっきをつけて電気を通します。こうしてできるのが、スルーホールやビア（層をつなぐ穴）です。
穴あけ
コンピューターで制御するドリルが、設計データの座標どおりに穴を開ける。ドリルで開けられないほど小さな穴は、レーザーで開ける。
無電解めっき
穴の内側は樹脂がむき出しで電気を通さないので、まず化学反応で薄い銅の下地をつける。
電解めっき
下地に電気を流して、銅を厚く育てる。これで表と裏、内層の配線がつながる。
穴の内側の銅の厚さは、基板の信頼性を左右します。薄いと、温度の上がり下がりで穴の銅が割れることがあります。プリント基板の規格IPC-6012では、平均の厚さをクラス2（一般の産業用）で20μm、クラス3（高い信頼性が必要なもの）で25μmとしています。
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スルーホール・ビア・ブラインドビア、穴の種類の違い
POINT
つまり、ビアは「穴」ではなく「めっきでできた銅の筒」です。外層の配線は、このめっきのあとに作るので、穴のまわりの銅（ランド）と配線が一緒にできあがります。
穴あけとめっきで層をつなぐ
仕上げの工程｜ソルダーレジスト・表面処理・シルク・外形加工・検査
配線ができたら、緑の膜で配線を守り、はんだ付けするパッドの表面を処理し、文字を印刷して、切り出して検査します。見積りで選ぶ項目の多くは、この仕上げの工程の話です。
| 工程 | 何をするか | 見積りで選ぶもの |
|---|
| ソルダーレジスト | はんだ付けしない部分を緑などの膜で覆い、配線を守り、はんだのブリッジ（隣とのくっつき）を防ぐ | レジストの色 |
| 表面処理 | むき出しのパッドの銅がさびないように守り、はんだが付きやすい状態にする | HASL（はんだレベラー）・OSP（有機の保護膜）・ENIG（金めっき）など |
| シルク印刷 | 部品番号・極性・1番ピンの印などの白い文字を印刷する | シルクの色・有無 |
| 外形加工 | 複数の基板を並べた大きな板から、ルーター（回転刃）・Vカット・金型の打ち抜きなどで切り出す | 面付け・外形の形 |
| 検査 | 電気検査（配線の断線とショートを調べる）と外観検査 | 電気検査の有無 |
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あの緑色の膜がないと、何が起きるのか
POINT
表面処理は、部品の種類で選びます。BGAや細かいピッチの部品のように、パッドが平らなほうがよい場合は、表面が平らなOSPや金めっきが向いています。
仕上げの工程(ソルダーレジスト・シルク・検査)
生基板と実装基板の違い｜製造のあとに「実装工程」がある
ここまでの工程でできるのは、部品がのっていない「生基板」です。部品をのせてはんだ付けする工程は「実装工程」といい、別の工程です。基板メーカーと実装会社が別のことも多く、見積りも別々に出ます。
基板の製造（生基板）
- 銅張積層板から配線・穴・膜を作る
- できあがりは部品のない板（プリント配線板、PWB）
- 主に基板メーカーが行う
基板の実装
- はんだペーストの印刷→部品の搭載→リフロー→検査
- 差し込む部品は、フローはんだや手はんだでつける
- できあがりは部品のついた基板（PCBA）
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設計で守る製造の制約｜工程を知ると理由がわかる
デザインルール（製造できる限界の決まり）は、それぞれの工程の限界から来ています。理由がわかると、どこまで攻めてよいかの判断がしやすくなります。
| 制約 | 関係する工程 | 理由 |
|---|
| 最小の配線幅・配線間隔 | エッチング | 薬液が横にも溶かすので、細すぎると切れ、近すぎると溶け残ってショートする |
| 最小の穴の大きさ・ランドの大きさ | 穴あけ・積層 | ドリルの太さと、層の位置ずれの分の余裕が必要 |
| 銅の量を表と裏でそろえる | 積層プレス | 銅の量が片寄ると、熱で縮む量が表と裏で違い、基板が反る |
| シルクの文字の大きさ・位置 | シルク印刷 | 細かすぎる文字はつぶれる。パッドの上にかかる部分は印刷されない |
| 基板の端から部品・配線を離す | 外形加工 | 切り出すときの刃や、Vカットの割れが配線に届かないようにする |
注意｜数字はメーカーの仕様で確かめる
最小の配線幅や穴の大きさは、基板メーカー・銅箔の厚さ・層数・価格のコースで変わります。多くのメーカーが製造できる仕様（デザインルール）を公開しているので、設計を始める前に確かめ、CADのルールに入れておきましょう。
設計の制約と製造工程の関係
製造の都合でもう1つ決めておくのが、何枚かの基板を1枚に並べる面付けです。
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基板の製造工程でよくある間違い
| よくある間違い | 正しい考え方 |
|---|
| 配線は銅を描き足して作る | 一般的な基板は、全面の銅から不要な部分を溶かして作る（引き算） |
| 4層基板は、2層基板を2枚貼り合わせたもの | 内層を作ったコアの外側に、プリプレグと銅箔を重ねてプレスする。外層はプレスのあとに作る |
| 穴を開ければ表と裏がつながる | 穴の内側に銅のめっきをつけて、はじめてつながる |
| 基板メーカーに頼めば部品もついてくる | 部品の実装は別の工程。実装もまとめて頼めるかはメーカーによる |
| 線幅はCADで引ければ作れる | エッチングの限界がある。メーカーのデザインルールに合わせる |
よくある質問
Q. プリント基板の製造工程は？
A. 銅張積層板から、穴あけ・めっき・配線づくり・ソルダーレジスト・表面処理・シルク・外形加工・検査の順に作ります。
Q. プリント基板の配線はどう作る？
A. 感光性の膜で残す部分を守り、むき出しの銅を薬液で溶かすエッチングで、配線だけを残して作ります。
Q. 多層基板はどうやって作る？
A. 内層の配線を先に作り、プリプレグと銅箔を重ねて熱と圧力でプレスし、そのあと穴あけと外層の配線に進みます。
Q. 生基板とは何ですか？
A. 配線や穴はできているが、まだ部品をのせていないプリント基板のことです。プリント配線板（PWB）ともいいます。
Q. 基板の実装工程とは？
A. 生基板にはんだペーストを印刷し、部品をのせてリフローではんだ付けし、検査する工程です。製造とは別に行います。
Q. ソルダーレジストは何の工程？
A. 配線ができたあとの仕上げの工程です。はんだ付けしない部分を緑などの膜で覆い、配線を守ります。
まとめ
- プリント基板は、全面の銅から不要な部分を溶かして配線を残す「引き算」で作る
- 配線づくりは、膜を貼る→露光→現像→エッチング→剥離の流れ
- 4層基板は、内層を先に作ってからプレスし、そのあと穴あけ・めっき・外層に進む
- 仕上げは、ソルダーレジスト→表面処理→シルク→外形加工→検査
- 部品をのせる実装は、生基板ができたあとの別の工程
プリント基板の製造工程のまとめ
この記事の理解を深める本と道具
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参考にした資料
法令・規格・資料は改訂されることがあります。実務で使うときは、発行元の最新版で確かめてください。
S
シラス
電験三種・QC検定1級 / メーカーでパワエレ設計・品質保証 実務10年
メーカーで電気設計と品質保証に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。
テーマ別に、もっと深く学ぶ
気になるところから読んでも大丈夫です。どの記事も、はじめて基板設計を学ぶ人向けにやさしく書いています。
つまずきやすい「違い」を一気に解決
設計の実務
