PCBニュース - 回路基板工場エッチングプロセス解析の品質改善方法

回路基板工場エッチングプロセス解析の品質改善方法

はじめに

エッチングの目的：回路が電気めっきされた後, the PCB回路基板 電気めっき装置から取り除かれて完成する 回路基板. 特に, 以下の手順があります。

A .フィルムを剥離：ポーションで電気メッキ用のドライフィルムを剥離します。硬化したドライフィルムは、部分的に濃縮液に溶解し、部分的にフレークに剥離される。液体薬品の効果を維持し，水で十分に洗浄するには，ろ過システムの効率が非常に重要である。

B .回路エッチング：非導体部分の銅を溶かす。

C .ストリップ錫鉛：最終的にエッチング防止錫鉛メッキを削除します。なお、種々の組成比の純TiN又はTiNリード層に関係なく、メッキの目的はレジストエッチングのみであるので、エッチングが終了した後は剥離しなければならず、錫及び鉛を剥離する工程は処理のみであり、付加価値を生じない。しかし、特別な注意は以下の点に支払われなければなりません、さもなければ、コスト増加は第2であります、そして、固い終わりの外の回路はここで欠陥を引き起こします。

現在, 印刷の典型的なプロセス 回路基板 (PCB) processing adopts the "pattern plating method". それで, 基板の外層に保持される必要がある銅箔の部分に鉛錫の耐食性層の層を事前にメッキした, それで, 回路のパターン部分, そして、残りの銅箔を化学的に腐食させる.

このとき、PCB回路基板上には2層の銅があることに留意されたい。外部層エッチングプロセスでは、1層の銅のみが完全にエッチングされなければならず、残りは最終的に必要な回路を形成する。この種のパターンめっきは、リードすずレジスト層の下にのみ銅めっき層が存在することを特徴とする。別の方法としては、基板全体に銅をメッキする方法、感光膜以外の部分は、錫またはリードすずレジストのみである。この工程を「フルボード銅めっき工程」と呼ぶ。パターン電気メッキと比較して、全面的な銅メッキの最大の欠点は、銅が基板のすべての部分で2回めっきされなければならないということであり、エッチングの間、それらはエッチングされなければならない。従って、ワイヤ幅が非常に細かい場合には一連の問題が生じる。同時に、側の腐食は、ラインの均一性に深刻に影響します。

プリント配線板の外部回路の加工技術では、防錆層として金属コーティングの代わりに感光膜を用いる方法がある。この方法は、内部層エッチングプロセスと非常に類似しており、内部層の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、錫または鉛錫は、アンモニアベースのエッチング液のエッチングプロセスで使用される最も一般的に使用される腐食防止層である。アンモニアベースのエッチング液は、一般的に使用される化学液であり、錫又は鉛錫との化学反応はない。アンモニアエッチング液は、主にアンモニア／塩化アンモニウムエッチング溶液を指す。また，アンモニア／硫酸アンモニウムエッチング剤も市販されている。

硫酸系エッチング液を使用した後、その中の銅を電解で分離することができ、再利用することができる。腐食速度が低いため，実際の製造では一般に稀であるが，塩素フリーエッチングに使用することが期待される。硫酸塩過酸化水素をエッチャントとして用いて外層パターンを腐食させようとした。経済と廃液処理を含む多くの理由のため、このプロセスは商業的な意味で広く採用されていません。また、硫酸スズオキサイドのエッチングには硫酸過酸化水素を用いることができず、PCB外層の製造においては本法ではないので、ほとんどの人がこれに気をつけない。

機器調整と腐食性溶液との相互作用

In プリント配線板の加工, アンモニアエッチングは比較的繊細で複雑な化学反応過程である. 一方で, 楽な仕事だ. 一旦プロセスがアップレギュレーションされると, 生産継続. キーは、それがオンになったら一度連続作業状態を維持することです, そして、それは乾燥して停止することをお勧めしません. エッチングプロセスは装置の良好な加工条件において大きく依存する. 現在, エッチング液を使用しても, 高圧スプレー, そして、ネーターライン側と高品質のエッチング効果を得るために, 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.

良い副作用を得るために，異なる設計方法と装置構造を形成する多くの異なる理論が出現した。これらの説はしばしば非常に異なっている。しかし、エッチングに関するすべての理論は、最も基本的な原理を認識します。そして、それは金属表面をできるだけ速く新しいエッチング溶液と接触させ続けることです。エッチングプロセスの化学機構解析も上記の観点を確認した。アンモニアエッチングでは，他の全てのパラメータが変化しないと仮定して，エッチング速度は主にエッチング液中のアンモニア（NH 3）によって決まる。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と、2つの主な目的があります：1つは、ちょうど生産された銅イオンをフラッシュすることですもう一つは反応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。

In the traditional knowledge of the 印刷 回路基板 (PCB回路基板) 工業, 特に印刷回路原料の供給元, アンモニアエッチング溶液中の1価銅イオン含有量が低いことが認められた, 高速反応速度. これは経験によって確認された. 事実上, many ammonia-based etching solution products contain special ligands for monovalent copper ions (some complex solvents), whose role is to reduce monovalent copper ions (these are the technical secrets of their products with high reactivity ), 一価の銅イオンの影響は小さい. 一価の銅が5000 ppmから50 ppmまで減少するならば, エッチング速度は2倍以上になる.

エッチング反応中に多量の銅イオンが生成されるため、アンモニアの錯化グループと共有結合しているため、その含有量をゼロに保つことは非常に困難である。一価の銅を大気中の酸素の働きを通して二価の銅に変えることによって、1価の銅を除去することができる。上記の目的は噴霧により行うことができる。

これは、エッチングボックスに空気を通す機能上の理由である。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され、pHが低下し、エッチングレートが低下する。溶液中のアンモニアはまた、制御する必要がある変化の量である。一部のユーザーは、エッチング・リザーバに純粋なアンモニアを渡す方法を採用する。そうするために、1セットのpHメーター制御システムを加えなければなりません。自動的に測定されたpHの結果が与えられた値よりも低い場合、ソリューションが自動的に追加されます。

関連する化学エッチング（光化学エッチングまたはpch）分野では，研究が始まり，エッチング装置の構造設計段階に達した。この方法では、溶液はアンモニア銅エッチングではなく、二価の銅である。それは、印刷回路産業で使われるかもしれません。pch業界では，エッチングされた銅箔の典型的な厚さは5〜10ミル（mils）であり，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、PCB産業のそれらよりしばしば厳しい。

PCM産業システムの研究成果はまだ公表されていないが、結果はさわやかである。比較的強いプロジェクト資金支援のため、研究者は長期的な意味でエッチング装置の設計を変更する能力を有し、同時にこれらの変化の効果を研究する。例えば、円錐ノズルと比較して、最良のノズル設計は、ファン形状を使用し、スプレーマニホールド（すなわち、ノズルがねじ込まれるパイプ）にも、設置角度があり、これは、ワークの30度をエッチングチャンバに噴霧できる。このような変化をしないと、ノズルの設置方法により、各ノズルの噴霧角が全く同じにならない。第2群の噴霧面は第1群（噴霧条件）を示す。これにより、スプレーされた溶液の形状が重なり、交差する。理論的には、溶液の形状が交差すると、この部分の噴射力が低下し、新たな溶液を接触させながら、エッチングされた表面の古い溶液を効果的に洗浄することができない。この状況は特にスプレー表面の縁で顕著である。吐出力は垂直方向よりもはるかに小さい。

この研究は、最新のデザインパラメータが平方インチ（IE 4 +バー）あたり65ポンドであることがわかりました。あらゆるエッチングプロセス及びあらゆる実用的な解決策は、最良の噴霧圧力の問題を有しており、現在、エッチングチャンバ内の噴霧圧力は、平方インチ（2 bar）当たり30ポンドに達する。エッチング液の密度（比重やガラス度）が高いほど、最適射出圧力が高くなるという原理がある。もちろん、これは単一のパラメータではありません。別の重要なパラメータは、溶液中の反応速度を制御する相対的移動度（または移動度）である。

エッチングの品質と問題点

エッチング品質の基本的な要件は、レジスト層の下のすべての銅層を完全に除去することができ、それである。厳密に言えば、正確に定義される場合、エッチング品質はワイヤ幅とアンダーカットの程度の一貫性を含まなければならない。現在のエッチング液の固有の特性のため、下方へのエッチング効果を生じるだけでなく、左右方向にも、エッチングがほとんど避けられない。

サイドエッチングの問題は、議論のためにしばしば発生するエッチングパラメータの1つである。エッチングの深さに対するサイドエッチングの幅の比として定義される。プリント回路業界では、1 : 1から1 : 5まで幅広い変化がある。明らかに、小さなアンダーカット度又は低いエッチング因子が最も良好である。

エッチング装置およびエッチング液の異なる構成の構造は、エッチング係数またはサイドエッチングの程度に影響を及ぼす。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り、各開発者は外部世界に開示していない。

多くの点で、エッチングの品質は、プリント基板がエッチング機械に入る前に存在した。印刷回路処理の様々なプロセスまたはプロセス間に非常に近接した内部接続があるので、他のプロセスに影響されない他のプロセスに影響を与えないプロセスはありません。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、膜を除去する過程、あるいは以前にも存在した。外層グラフィックスのエッチングプロセスのために、それが具体化する「逆ストリーム」現象が大部分のプリント基板プロセスより顕著であるので、多くの問題は、それに最終的に反映される。同時に、自己粘着と感光性から始まる一連の工程においてエッチングが最後の工程であるため、外層パターンがうまく転写される。より多くのリンクは、問題の可能性が大きい。これは、印刷回路製造プロセスの非常に特別な観点として見ることができる。

理論的には、プリント回路がエッチングステージに入った後、パターンメッキ法によってプリント回路を処理する工程である。理想的な状態としては、電気メッキされた銅、錫、銅及び鉛錫の合計厚さが、電気めっきに対する抵抗を超えてはならない。電気めっき膜の厚さは、電気メッキパターンがフィルムの両側の「壁」によって完全に阻止され、その中に埋め込まれる。しかし、実際の製造では、プリント配線板を全面的に電気メッキした後、メッキパターンは感光パターンよりもはるかに厚い。銅や鉛スズを電気メッキする工程では、メッキ高さが感光膜を越えるため、横方向蓄積の傾向が生じ、これが問題となる。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」の下で感光性フィルムの小さい部分をカバーして、「エッジ」を形成するために両側に伸びる。

錫又は鉛錫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膜を完全に除去することができず、「エッジ」の下に「残留接着剤」の少ない部分を残す。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「銅ルーツ」を形成する。銅の根はライン間隔を狭くし、プリント基板はパーティAの要件を満たすことができず、拒否されることもある。拒絶はPCB回路基板の製造コストを大きく増加させる。

また、多くの場合、反応による溶解の形成により、印刷回路業界では、残留膜や銅は腐食性液体中に形成・蓄積され、腐食機械や耐酸化性ポンプのノズル内で閉塞され、処理および洗浄のためにシャットダウンされなければならない。これは作業効率に影響する。

第四に、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いて最も重要な要因は、ノズルが洗浄されて、邪魔にならないように、ノズルがクリーンで自由であることを保証することである。ブロックまたはスラッジングはジェット圧力の作用の下でレイアウトに影響を与えます。ノズルがきれいでない場合、エッチングは不均一であり、PCB回路基板全体が廃棄される。

明らかに、機器のメンテナンスは、ノズルの交換を含む破損した部品の交換です。ノズルにも摩耗の問題がある。さらに、より重大な問題は、エッチング機をスラッグすることがないようにすることである。多くの場合、スラッシュ蓄積がある。あまりにも多くのスラギング蓄積は、エッチング溶液の化学的バランスに影響を与え得る。同様に、エッチング液に過剰な化学アンバランスがあれば、スラッジングがさらに深刻になる。スラグの蓄積の問題は強調できない。エッチング液中で急激にスラストが発生すると、通常は溶液のバランスに問題があるという信号である。これは、適切な洗浄または溶液の補足のために、強い塩酸を使用しなければなりません。

残渣フィルムはまた、スラッジングを生じさせることができ、非常に少量の残留膜がエッチング溶液に溶解し、次いで銅塩の析出を形成する。残膜によって形成されるスラッジングは、前のフィルム除去工程が終了していないことを示す。貧弱な膜除去は、しばしばエッジフィルムとオーバー・メッキの結果である。

5. 上下について PCB回路基板 表面, the etching state of the leading edge and the trailing edge are different

エッチング品質に関する多くの問題は、上板面のエッチング部分に集中している。これを理解することはとても重要です。これらの問題は、プリント回路基板の上面にエッチャントにより生じた接着剤のようなクランプの影響から生じる。銅表面へのコロイド状スラブの蓄積は、一方の噴霧力に影響を与え、一方、新たなエッチング液の補充を防止し、エッチング速度の低下をもたらす。これは、板の上下パターンのエッチング度が異なるコロイダルスラブの形成と蓄積のためである。これにより、エッチング装置内の基板の一部が完全にエッチングされ易くなりすぎたり、腐食が発生したりすることもない。反対に、ボードの後ろに入った部分は既に入ってきて、エッチング速度を遅くします。