PCB技術 - 基板ルーターカットとは

基板ルーターカットは、未加工のPCBワークピースを特定の仕様を満たす完成基板へと加工する上で重要な工程です。この工程では、CNCルーティングマシンを用いて、回転工具を用いて事前にプログラムされた手順に従い、PCBを正確に切断・穴あけ加工します。この工程により、PCBは所望の設計形状に効果的に切断され、様々な取り付け穴や位置決め穴が開けられます。

PCBルーティング工程の詳細説明

基板ルーターカットストリップの作成：これはPCBルーティングにおける最初の重要な工程です。エンジニアは専用のCAMソフトウェアを使用し、顧客のPCB設計と関連材料に基づいて、ルーティングストリップとも呼ばれる正確なルーティングプログラムを作成します。ルーティングストリップには、ツールパス、回転速度、送り速度、切削深さなどの重要な情報を含む、加工中に使用されるルーティングマシンのパラメータがすべて詳細に記載されています。完成したルーティングストリップは、ルーティングマシンの制御システムにオンラインで送信されます。生産中、オペレーターは作業指示書名またはモデル番号に基づいて対応するルーティングプログラムに簡単にアクセスでき、加工の精度と一貫性を確保できます。

準備と基板の積み重ね：ルーティングプロセスを正式に開始する前に、一連の準備手順が必要です。まず、ベークライト基板に位置決めピンを正確にドリルで穴あけします。これらの位置決めピンは座標原点として機能し、その後のPCBの積み重ねと加工における正確な位置決め基準となります。次に、PCBの厚さに基づいて、PCBワークシートを所定の枚数で積み重ねます。PCBの厚さに応じて積み重ね枚数を調整することで、加工精度を確保しながら生産効率を向上させます。一般的に、薄いPCBは積み重ね枚数を多くし、厚いPCBは積み重ね枚数を少なくすることができます。例えば、厚さ1.0mmのPCBの場合は10～15枚、厚さ2.0mmのPCBの場合は5～8枚が適切です。実際の作業では、積み重ねた基板の平坦性を確保し、積み重ねの不均一性による加工精度の低下を防ぎます。

図　基板ルーターカット

基板ルーターカット加工：準備が完了したら、積層されたPCBをルーティングマシンの作業台に置き、ルーティングマシンを起動します。ギロチンカッティングマシンの中核部品は高速回転工具で、通常、毎分数万回転以上の速度に達します。加工工程では、工具はギロチンテープ上の予め設定された経路に沿って、PCBの切断や穴あけなどの作業を行います。複雑なPCBのエッジを切断する場合、工具は曲線経路を正確にたどり、滑らかで寸法精度の高い切断を実現する必要があります。穴あけ作業では、後続の電子部品取り付け要件を満たすために、穴の深さと位置を厳密に制御する必要があります。例えば、不規則なエッジと多数の高精度な取り付け穴を持つ産業用制御基板を加工する場合、ギロチンカッティングマシンはギロチンテーププログラムを正確に実行し、効率的で正確な加工を可能にし、各取り付け穴の位置誤差を最小限に抑えます。加工工程中、オペレーターはギロチンマシンの稼働状態を綿密に監視し、工具の摩耗を定期的に点検し、著しく摩耗した工具は速やかに交換することで、安定した加工品質を確保する必要があります。

洗浄と品質検査：ギロチン切断後、PCB表面およびその周囲には大量の粉塵が残ります。この粉塵は主に、切断工程で発生した銅の削りくずや絶縁材の破片で構成されています。速やかに除去しないと、その後の電子部品の取り付けや回路基板の電気的性能に悪影響を与える可能性があります。そのため、完成したPCBは洗浄が必要です。洗浄は通常、超音波洗浄機やスプレー洗浄ラインなどの専用の洗浄装置を用いて行われます。PCBは洗浄液に浸され、超音波振動や高圧スプレーによって基板表面の粉塵が徹底的に除去されます。洗浄ラインには、洗浄後のPCBを速やかに乾燥させ、残留水分を防ぐための乾燥セクションが備えられていることがよくあります。洗浄後、PCBは厳格な品質検査を受けます。主な検査項目には、成形後の寸法精度などがあります。 PCBの重要な寸法は、設計要件への適合性を確認するため、通常、2Dまたは3D測定器を用いて測定されます。また、バリ、白点、傷などの欠陥がないか、PCBの外観も厳密に検査されます。外観上の欠陥については、製品の品質を確保するために、通常、手作業による目視検査または光学検査装置を用いて全数検査が行われます。

PCB基板ルーターカットプロセスの利点

柔軟性の高いカスタマイズ：PCB基板ルーターカットは、多様な設計要件を満たす複雑な形状やサイズのPCBの製造を可能にします。不規則なエッジを持つ小型の回路基板から、多数の特殊な取り付け穴を必要とする大型のマザーボードまで、ルーティングプロセスは容易に対応できます。この柔軟性の高いカスタマイズにより、PCBは様々な電子機器の内部構造設計に完璧に適合し、多様な市場ニーズに対応できます。

高い加工精度：CNC技術と工具製造技術の継続的な進歩により、PCBルーティングは非常に高い加工精度を実現しています。現代の高度なルーティングマシンは、ミクロンレベルのツール位置決め精度を実現し、高精度な実装穴、微細な配線エッジ、複雑で不規則な輪郭を効果的に製造できます。例えば、ハイエンドのチップパッケージ基板の加工において、ルーティング精度はチップと基板間の電気接続品質に直接影響します。高精度ルーティングは、チップパッケージの信頼性と性能を効果的に向上させることができます。

様々な基板に対応：PCBルーティングプロセスは、FR-4やCEM-1などの一般的なリジッド基板だけでなく、一部の特殊な金属ベース基板やフレキシブル基板材料など、幅広い種類のPCB基板に適しています。これにより、様々なアプリケーションシナリオにおけるPCBの電気的、機械的、放熱的要件に基づいて、加工に適した基板を選択でき、PCBの適用範囲がさらに広がります。

PCB製造における重要なプロセスであるPCBルーティングは、PCB基板の最終的な品質と性能に決定的な役割を果たします。プロセスフローを継続的に最適化し、加工精度を向上させ、工具の摩耗や粉塵汚染などの問題に対処し、加工効率とコストのバランスをとることで、PCB 基板ルーターカット技術は電子機器製造分野で引き続き重要な役割を果たし、電子機器の高性能化、小型化、高信頼性化を推進します。