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多層基板外回路エッチングプロセス解析

1.概要

現在、プリント基板（PCB多層基板）加工の典型的なプロセスは「パターンめっき法」を選択している。すなわち、回路基板の外層に保持する必要がある銅箔部分、すなわち回路のパターン部分であり、鉛錫防食層をプリめっきし、その後、別の銅箔をエッチングと呼ばれる化学エッチングを行う。

注意すべきことは、このとき多層基板上に銅が2層あることである。外層エッチングの過程では、1層の銅だけが完全にエッチングされなければならず、他の銅は最終的に必要な回路を形成する。このタイプのパターンめっきは、銅めっき層が鉛錫レジスト層の下にのみ存在することを特徴とする。もう1つのプロセス方法は、多層回路基板全体に銅をめっきすることであり、感光膜以外の部分は錫または鉛錫のエッチング防止剤のみである。この技術は「全板銅めっき技術」と呼ばれている。パターンめっきに比べて、プレート全体に銅めっきを行う最大の欠点は、プレート表面に銅めっきを2回しなければならず、エッチング中にエッチングを行う必要があることである。そのため、ワイヤ幅が非常に正確な場合には、一連の問題が発生します。同時に、側面腐食は線路の均一性に深刻な影響を与える。

PCB回路基板（多層回路基板）の外部回路の加工技術には、金属コーティングの代わりに感光膜を耐食性層として用いる方法もある。この方法は内層エッチングプロセスと非常に似ており、内層製造プロセスにおけるエッチングを参照することができる。

現在、スズまたは鉛スズはアミノエッチング剤のエッチングプロセスに使用される最も一般的な防食層である。アミノエッチング剤は広く使用されている化学液体であり、スズや鉛スズとは化学反応を起こさない。アンモニアエッチング剤とは、主にアンモニア/塩化アンモニウムエッチング溶液を指す。また、市場にはアンモニア/硫酸アンモニウムエッチング化学品もある。硫酸塩ベースエッチング溶液を用いた後、その中の銅を電解により分離することができるので、繰り返し使用することができる。腐食速度が低いため、実際にはほとんど使用されないが、塩素フリーエッチングに使用できると予想される。エッチング剤として硫酸過酸化水素を用いて外層パターンをエッチングする人もいる。経済性や廃液処理など多くの理由により、この技術は商業的な意味で広く応用されていない。また、硫酸過酸化水素は鉛錫のエッチングレジストのエッチングには使用できず、このプロセスは多層回路基板の外層生産の主要な方法ではないため、ほとんどの人が関心を持っていない。

2.上下多層回路基板の表面について、前縁と後縁のエッチング条件が異なる

エッチング品質に関する多くの問題は、上部多層回路基板のエッチング部分と結合される。それを理解することは非常に重要です。これらの問題は、プリント基板の上面にエッチング剤が発生するコロイド塊の影響に起因する。銅表面へのコロイド板の集積は噴出力に影響する一方で、新しいエッチング溶液の補償を阻害し、これはエッチング速度の低下を構成する。コロイド板の組成と蓄積によって、板の上下パターンのエッチングレベルが異なる。これにより、堆積物が構造的ではなく、エッチング速度が速いため、エッチングマシン（多層回路基板）の最初に基板が入り込んだ部分が簡単に完全にエッチングされるか、エッチング上で簡単に構成される。逆に、多層回路基板の基板の後に進入する部分は、進入時に蓄積され、エッチング速度が遅くなる。

3.設備調整及び腐食性溶液との相互作用

印刷回路（多層回路基板）の加工において、アンモニアエッチングはより複雑で、より混乱した化学反応過程である。一方、これは簡単な仕事です。このプロセスが引き上げられると、連続的に生産することができます。鍵は一度開くと、乾燥や停止を推奨せずに連続操作を続けることです。エッチングプロセスは装置の優れた動作条件に大きく依存する。現在、どのエッチング液を用いても高圧スプレーを用いなければならず、より規則的な線側と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格に選択しなければならない。

際立った副作用を得るために、人々は多くの異なる理論を提案し、これらの理論は異なる計画方法と設備構造を構成している。これらの理論は往々にして大きく異なる。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溶液にできるだけ早く接触させるための最も基本的な原理を認識している。エッチング過程の化学的メカニズム分析も上記の観点を証明した。アンモニアエッチングでは、他のすべてのパラメータが一定のままであると仮定し、エッチング速度は主にエッチング溶液中のアンモニア（NH 3）によって決定される。そのため、新鮮な溶液とエッチングを用いた外観効果には2つの主な目的がある：1つは発生したばかりの銅イオンを洗い流すこと、もう1つは、応答に必要なアンモニア（NH 3）を連続的に供給することである。

印刷回路業界の伝統的な常識の中で、特に印刷回路材料のサプライヤーは、アンモニアエッチング溶液中の一価銅イオン含有量が低いほど応答速度が速いことを認識している。これは経験から学んだ証明だ。実際、多くのアミノエッチング溶液製品は一価銅イオンの特殊配位子（いくつかの乱雑な溶媒）を含み、その作用は一価銅イオンを還元することであり（これらはすべてその製品の技術ノウハウであり、高い応答能力を持っている）、一価銅イオンの影響は小さくないことがわかる。一価銅が5000 ppmから50 ppmに減少すると、エッチング速度は2倍以上増加する。

エッチング反応中に大量の一価銅イオンが発生し、一価銅イオンは常にアンモニアの配位基と密接に結合しているため、その含有量をゼロに近いレベルに保つことは難しい。大気酸素の作用により一価の銅を二価の銅に変換することで一価の銅を除去することができる。上記の目的は、スプレーにより達成することができる。

これがエッチングボックスに空気を入れる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加速し、pH値が低下し、その作用はエッチング速度を低下させる。溶液中のアンモニアも操作が必要な改質量である。一部のユーザーは、純粋なアンモニアをエッチング槽に通すことを選択した。そのためには、PH計制御システムを追加する必要があります。能動的に測定されたpH効果が所定の値を下回ると、溶液は能動的に増加する。

関連する化学エッチング（光化学エッチングまたはPCHとも呼ばれる）の分野では、研究はすでに初期段階にあり、エッチングマシンの構造計画段階に達している。この方法では、使用される溶液はアンモニア銅エッチングではなく2価の銅である。印刷回路業界で使用できます。PCH業界では、エッチング銅箔の典型的な厚さは5〜10ミルであり、場合によってはかなりの厚さである。エッチングパラメータに対する要求はPCB業界より厳しいことが多い。

PCM産業システムの研究効果は正式には公表されていないが、その効果は目新しいものになるだろう。比較的強いプロジェクト資金支援があるため、研究者は長期的な意味でエッチング設備の計画構想を変更し、これらの変化の影響を共同で検討する能力がある。例えば、テーパノズルと比較して、最適なノズルスキームは扇形を使用し、スプレーマニホールド（すなわち、ノズルがそこにねじ込まれた配管）も装置画角を有し、この装置画角はエッチング室に入ったワークと30度吐出することができる。このような変更を行わない場合、マニホールド上のノズルの取り付け方法は、隣接する各ノズルの噴射点が完全に一致しないことになると仮定します。第2群ノズルの吐出面は、第1群ノズルとは若干異なる（吐出動作状態を示す）。このようにして、噴射溶液の形状は重なり合ったり交差したりする。理論的には、溶液の形状が互いに交差していると仮定すると、その部分の噴射力が減少し、エッチング表面上の古い溶液が効果的に流されず、新しい溶液が触れることができる。噴霧表面の縁部では、この場合が特に良い。直線方向の噴火力よりもはるかに小さい。

この研究では、最新の計画パラメータは平方インチあたり65ポンド（つまり4+Bar）であることが分かった。各エッチングプロセスと有用なソリューションには最適な噴出圧力の問題があり、現在、エッチングチャンバ内で30 psig（2 Bar）以上に達する噴出圧力は最小である。エッチング溶液の密度（すなわち比重や波美度）が高いほど、最適な噴出圧力は高くなるはずだという原理がある。もちろん、これは単一のパラメータではない。もう1つの重要なパラメータは、ソリューション内でその応答率を操作する相対移動性（または移動性）です。

四、エッチング品質及び従来の問題点

エッチング品質の基本的な要件は、エッチングレジスト層の下を除くすべての銅層を完全に除去し、洗浄することができることだけです。厳密には、正確に定義されていると仮定して、エッチング品質にはワイヤ線幅の一致性とアンダーカットの程度が含まれていなければなりません。現在のエッチング溶液の固有特性により、下向きだけでなくあらゆる方向にエッチング効果が発生するため、サイドエッチングはほとんど避けられない。

エッチングパラメータでは、エッチング係数と呼ばれるアンダーカット幅とエッチング深さの比として定義されるアンダーカット問題がよく取り上げられています。印刷回路業界では、1:1から1:5までの変更計画が非常に広く行われています。小さいアンダーカット程度または低いエッチング因子が最も満足できることは明らかである。

エッチング装置の構造及びエッチング溶液の異なる成分は、エッチング係数又はサイドエッチングの程度に影響する。大観で言えば操れるかもしれない。いくつかの粘着付与剤を使用すると、側面浸食の程度を下げることができます。これらの添加剤の化学成分は通常、それぞれの開発者が外部に漏らすことはありません。エッチング装置の構造については、以下の章で具体的に説明する。

多くの態様では、エッチングの品質は、プリント基板（多層基板）がエッチングマシンに入る前から存在していた。印刷回路（多層基板）加工の各種プロセスやプロセスは非常に緊密な内部接続を持っているため、他のプロセスの影響を受けず、他のプロセスにも影響を与えないプロセスはありません。膜を除去する過程で実際にはエッチング品質として決定される問題が多く、過去にはさらに多く存在した。外層パターンのエッチングプロセスにとって、それはほとんどの印刷板プロセスよりも「逆方向流」を表現するため、多くの問題が最終的にその中に反映されている。同時に、これはエッチングが一連の自己接着プロセスの最後のステップであり、最初の感光プロセスであり、その後、外層パターンが正常に転送されたためである。リンクが多ければ多いほど、問題が発生する可能性が高くなります。これは、印刷回路の製造過程における非常に特殊な側面と見なすことができる。

理論的には、印刷回路はエッチング段階に入った後、パターンめっきによって印刷回路を処理する過程で、理想的な状況は、めっき後の銅とスズまたは銅と鉛スズの総厚さがめっきの抵抗を超えてはならないことである。感光膜の厚さはめっきのパターンを膜両端の「壁」に完全に遮られて埋め込む。しかし、実際の生産では、世界各地の印刷回路基板（多層回路基板）のめっきパターンはめっき後の感光パターンよりずっと厚い。銅と鉛錫をめっきする過程で、めっき高さが感光膜を超えて横方向に蓄積する傾向が現れ、問題が発生した。ワイヤ上部を覆うスズまたは鉛スズのエッチング防止層は両端まで延び、「エッジ」を形成し、「エッジ」下の感光膜の一部を覆う。

スズまたは鉛スズからなる「エッジ」により、感光膜を除去する際に感光膜を完全に除去することができず、「エッジ」の下に「残留ゴム」の一部を残すことができない。エッチングレジストの「エッジ」の下に残る「残留ゲル」または「残留膜」は、不完全エッチングを構成する。エッチング後、これらの線は両端に「銅の根」を形成する。銅の根は線の間隔を狭くし、プリント基板は甲の要求に合わず、拒否される可能性もある。廃棄物はPCB多層回路基板の生産コストを大幅に増加させるからだ。

また、多くの場合、溶解は反応によって引き起こされる。印刷多層回路基板業界では、残留した薄膜や銅も腐食性液体中に堆積物を形成し、腐食機のノズルや耐酸ポンプに詰まる可能性があるので、閉鎖しなければならない。処理と清掃は作業効率に影響します。

5.エッチング装置の保護

エッチング装置を保護する最も重要な要素は、噴出を妨げないようにノズルを清潔にすることです。噴出圧力によって、詰まりやスラグがレイアウトに影響します。ノズルが不潔で、エッチングが不均一で、多層基板全体が廃棄されると仮定します。

明らかに、デバイスの保護は、ノズルの交換を含む破損した部品と摩耗した部品を交換することであり、これらの部品にも摩耗の問題がある。また、より重要な問題はエッチングマシンにスラグがないことを堅持することである。多くの場合、スラグが堆積します。過剰なスラグ蓄積はエッチング溶液の化学的平衡にも影響を与える可能性がある。同様に、エッチング溶液が過度の化学的不平衡を示すと、スラグはより深刻になる。結滓堆積の問題はいくら強調しても過言ではない。エッチング溶液に突然大量のスラグが発生すると、これは通常、溶液バランスに問題がある信号である。濃塩酸を用いて洗浄または溶液を補充しなければならない。

残留膜はまた、エッチング溶液にごく少量の残留膜を溶解させた後、銅塩堆積を形成するスラグ形成を引き起こす。残留フィルムによるスラグ接合は、前のフィルム除去プロセスが不完全であることを示している。薄膜除去不良は、通常、エッジ薄膜と過剰めっきの結果である。