PCBブログ - PCBボードエッチングプロセスとプロセス制御

PCBボードを光基板から表示回路パターンにする工程は、比較的複雑な物理的、化学的反応工程である。本稿では、ワンステップエッチング法を分析する。現在、PCB（プリント基板）加工の代表的なプロセスは「パターンめっき法」を採用している。 その結果、基板の外層に保持する必要がある銅箔の部分は、回路パターン部分と残りの銅箔が化学的に腐食されるように、耐鉛性のスズ層であらかじめメッキされ、エッチングとして知られているプロセスである。

1.エッチングの種類

エッチング工程では、回路基板上に2層の銅層があることに注意することが重要である。外側のエッチング工程では、銅の1層のみが完全にエッチングされ、残りが目的の回路を形成することになる。 このタイプのグラフィックめっきは、銅めっき層が鉛錫レジスト層の下だけに存在するという特徴があります。 もう一つの方法は、写真フィルムの外側に錫または鉛錫レジスト層だけを残し、pcb基板全体に銅をめっきする方法です。 このプロセスは 「フルボード銅めっきプロセス 」と呼ばれている。 パターンめっきと比較したフルボード銅めっきの欠点は、基板のすべての部分に銅を2回めっきしなければならず、エッチング工程でエッチングしなければならないことである。 その結果、リード幅が非常に狭い場合、多くの問題が発生する。 また、サイドエッチングは配線の均一性に深刻な影響を与える。 プリント配線板の外側回路の加工技術に関しては、レジスト層として金属コーティングの代わりに感光性フィルムを使用する方法もある。 この方法は、内層エッチング工程とよく似ており、内層製造工程におけるエッチング工程と呼ぶことができる。 現在、アミノエッチャントを用いたエッチング工程では、錫または鉛-錫が一般的なレジスト層として使用されている。 アミノエッチング液は、錫または鉛錫と化学反応しない一般的に使用される化学液である。 アミノエッチング液は、主にアンモニア/塩化アンモニウムエッチング液である。 また、アンモニア/硫酸アンモニウムエッチング液も市販されている。 硫酸エッチング液は使用後、電気分解により中の銅を分離できるため、再利用が可能である。 腐食速度が遅いため、一般に実生産で使用されることは少ないが、塩素フリーエッチングでの使用が期待されている。 過酸化水素硫酸塩をエッチング液として使用し、外層パターンをエッチングする試みもなされている。 このプロセスは、経済性や廃水処理など多くの理由から、商業的に広く使用されていない。 加えて、硫酸-過酸化水素は鉛錫レジストのエッチングには使用できず、このプロセスは、ほとんどの人にとってあまり関心のない基板の外層を製造する主要な方法ではない。

2.エッチングの品質と以前の問題

エッチング品質の基本要件は、レジスト層下を除くすべての銅層を完全に除去できることである。厳密に言えば、エッチング品質を定義するならば、線幅の均一性とサイドエッチングの程度を含まなければならない。現在のエッチング液は、下方向だけでなく左右方向にもエッチング効果をもたらすという固有の性質を持っているため、サイドエッチングはほぼ避けられない。アンダーカットの問題は、しばしば議論に上がるエッチング・パラメータの一つである。アンダーカットの幅とエッチング深さの比率で、エッチングファクターと呼ばれる。PCB基板業界では、1 : 1から1 : 5まで、幅広いバリエーションがある。

明らかに, 小さいアンダーカット度または低いエッチング係数は、満足である. 異なる構成のエッチング装置およびエッチング溶液の構造は、エッチング係数またはサイドエッチングの程度に影響する, または楽観的な条件で, 制御可能. ある種の添加剤を用いることにより、サイドエロージョンの程度を減少させることができる. これらの添加物の化学組成は一般的に貿易秘密である, そして、それぞれの開発者は外部世界にそれを開示しない. 多くの方法で, エッチングの品質は、プリント基板がエッチング装置に入る前に存在した. なぜなら、様々なプロセスやプロセスの間に非常に近い内部接続があるからです PCBボード 処理, 他のプロセスに影響されないプロセスはなく、他のプロセスに影響しません. エッチング品質として特定された問題の多くは、実際には、フィルムを除去するプロセス、あるいは前に存在した. 外層図形のエッチング過程について, それが具体化する「逆の流れ」現象が大部分のプリント板プロセスより顕著であるので, 多くの問題がそれに反映されます. 同時に, これはまた、エッチングが自己付着と感光で始まる一連のプロセスの一部であるという事実によるものである, その後、外部層パターンがうまく転送される. より多くの関連, 問題の可能性が大きい. これは、PCB製造プロセスの非常に特別な側面として見ることができる.

 理論的に言えば, アフター PCBボード エッチングステージに入る, 処理の過程で PCBボード パターン電気めっき法, 理想的な状態としては、電気メッキされた銅、錫、銅及び鉛錫の厚さが、電気めっき抵抗性の感光性フィルムを超えてはならない. しかし, 実際の生産で, 電気めっき後 PCBボード世界中のs, メッキパターンは感光パターンよりもはるかに厚い. 銅と鉛錫の電気めっきの過程で, メッキ高さが感光性フィルムを超えるので, 横方向蓄積の傾向, そして、問題はこれから起こります. ラインを覆っている錫またはリードすずレジスト・レイヤーは、「エッジ」を形成するために両側に延びる, 「エッジ」の下で感光性フィルムの小さな部分を覆う. 錫又は鉛スズによって形成された「エッジ」は、フィルムを除去する際に、感光フィルムを完全に除去することが不可能になる, “エッジ”の下で“残留接着剤”の小さな部分を残す. レジストの「エッジ」の下に残った「残留接着剤」または「残留膜」は、不完全なエッチングを引き起こす. ラインは、エッチングの両側に「銅の根」を形成する. 銅の根は線間隔を狭くする, 印刷されたボードがパーティーAの要件を満たすために失敗して、拒絶されるかもしれない原因となる. 拒否は、生産コストを大きく増加させる PCBボード. 加えて, 多くの場合, 反応による溶解の形成のために, に PCBボード 工業, 残留膜および銅はまた、腐食性液体中に形成され蓄積され、腐食機械および耐酸性ポンプのノズル内でブロックされ得る, そして、処理と掃除のためにシャットダウンされなければなりません. そして、それは仕事効率に影響を及ぼします.

3. 機器の調整と腐食性溶液との相互作用

PCB基板加工において、アンモニアエッチングは比較的繊細で複雑な化学反応プロセスである。その反面、簡単な作業でもある。一度工程を立ち上げれば、生産は継続される。重要なのは、一度スイッチを入れたら連続作業状態を維持することで、ドライを止めるのは得策ではない。エッチング工程は、装置の良好な作動状態において非常に大きなものとなる。現在、どのようなエッチング液であれ、高圧スプレーを使用しており、ネーターライン側で高品質なエッチング効果を得るためには、ノズル構造とスプレー方法を厳密に選択しなければならない。良いサイド効果を得るために、様々な理論が生まれ、異なる設計方法と装置構造を形成している。これらの理論はしばしば大きく異なる。

しかし、エッチングに関するすべての理論は、金属表面を新鮮なエッチング液にできるだけ早く常に接触させるという基本原則を認識している。エッチングプロセスの化学的-機械的分析もまた、上記の観点を裏付けている。アンモニアエッチングの場合、他のすべてのパラメーターが変化しないと仮定すると、エッチング速度は主にエッチング溶液中のアンモニア（NH3）によって決定される。したがって、表面をエッチングするために新鮮な溶液を使用することは、2つの主な目的があります：1つは、生成されたばかりの銅イオンを洗い流すことであり、もう1つは、アンモニア（NH3）を継続的に供給することです。PCBボード業界、特にサプライヤーPCBボード原材料の伝統的な知識の中で、アンモニアエッチング溶液中の一価銅イオンの含有量が低いことは、反応速度が速いことと同様に認識されていました。これは経験によって確認された。事実上、多くのアンモニア系エッチング液製品は一価銅イオンのための特別な配位子（いくつかの複合溶媒）を含んでおり、その役割は一価銅イオンを還元することである（これらは反応性の高い製品の技術的秘密である）、一価銅イオンの影響は小さい。

一価銅を5000ppmから50ppmに減らすと、エッチング速度は1倍以上になる。エッチング反応中に多量の一価銅イオンが生成されるが、一価銅イオンは常にアンモニアの錯化基と密接に結合しているため、その含有量をゼロに近づけることは非常に困難である。一価銅は、大気中の酸素の作用により、一価銅を二価銅に変換して除去することができる。上記の目的は噴霧によって達成できる。これが、エッチングボックスに空気を通す機能的な理由である。しかし、空気が多すぎると、溶液中のアンモニアの損失が促進され、pH値が低下し、エッチング速度が低下する。溶液中のアンモニアも変化量をコントロールする必要がある。純粋なアンモニアをエッチリザーバーに通す方法を採用するユーザーもいる。これを行うには、一組のpHメーター制御システムを追加しなければならない。自動的に測定されたpHの結果が所定の値より低くなると、溶液が自動的に添加される。これに関連する化学エッチング（光化学エッチング、PCHと呼ばれる）の分野では、研究が開始され、エッチング機構設計の段階にまで達している。

この方法で, 使用される溶液は2価の銅である, アンモニア銅エッチングでない. これは PCBボード 工業. Pch業界で, エッチングされた銅箔の典型的な厚さは, 場合によっては厚さはかなり大きい. エッチングパラメータのためのその要件は、多くの場合 PCBボード 工業.

4. 上下面については、その前縁と後縁でエッチング条件が異なる。

エッチング品質に関連する多くの問題は、上部基板表面のエッチング部分に集中している。この点を理解することは極めて重要である。これらの問題は、PCB基板上のエッチング溶液によって生成されるコロイド状凝集物の影響から生じる。銅表面へのコロイド板状の堆積物は、一方ではエッチング力を影響し、他方では新鮮なエッチング溶液の補充を妨げるため、結果としてエッチング速度を低下させる。まさにこれらのコロイド板状の形成と蓄積が原因で、基板上面と下面のパターン間でエッチングの程度に差異が生じるのである。これにより、エッチング装置内のpcb基板前部では堆積物が未形成のため急速なエッチング速度が維持され、完全エッチングまたは過剰腐食が生じやすい。逆に後部へ溶液が到達する頃には堆積物が形成されているため、エッチング速度が低下する。

5. エッチング装置のメンテナンス

エッチング装置のメンテナンスにおける重要な要素は、ノズルが清潔で詰まりがなく、ジェットが妨げられない状態を保つことです。詰まりやスラッジの堆積は、ジェット圧力下でのレイアウトに影響を及ぼします。ノズルが清潔でない場合、エッチングムラが発生し、PCB基板全体を廃棄せざるを得なくなります。設備メンテナンスには、損傷した部品やコンポーネントの交換（ノズル交換を含む）が明らかに含まれる。ノズルも摩耗の問題を抱える。さらに重要な懸念事項は、エッチング装置内部でのスラッジ発生を防止することである。スラッジは頻繁に蓄積する。過剰なスラッジはエッチング液の化学的平衡にも影響を及ぼします。同様に、エッチング液の化学的不均衡が過度になると、スラッジはさらに深刻化します。スラッジ蓄積の問題は決して過大評価ではありません。エッチング液で突然大量のスラッジが発生した場合、それは通常、溶液の平衡状態に問題があることを示す信号です。この場合、適切な洗浄や溶液補充のために強塩酸の使用が必要となります。残留フィルムもスラッジングの原因となり得る。ごく微量の残留フィルムがエッチング溶液に溶解し、銅塩の沈殿物を形成するためである。残留フィルムに起因するスラッジングは、前工程のフィルム除去が不完全であったことを示している。フィルム除去不良は、PCB基板上のエッジフィルムや過剰エッチングが原因となることが多い。