PCBブログ - PCBボードの外部回路のエッチングプロセスについて 1

概要

現在の典型的なプロセス プリント回路基板パターンめっき法を採用する。それで、保持する必要がある板の外層の銅箔部分上のリードすずレジスト層を事前にメッキする。それで、回路のグラフィック部分は銅箔の残りを化学的に腐食させるプロセスは「エッチング」と呼ぶ。この時点で基板上には2層の銅があることに留意すべきである。外層エッチング工程中、銅の1層のみが完全にエッチングされなければならない。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の下でのみ銅層の存在によって特徴づけられる。別の処理方法は、基板全体が銅メッキであることである。そして、感光性フィルム以外の部分は、錫またはリードすずレジスト層だけである。この工程を「フルボード銅めっき工程」と呼ぶ。パターンめっきと比較して、全面的な銅めっきの欠点は、銅が基板上のどこでも二度めっきされ、エッチングの間、エッチングされなければならないということである。したがって、ワイヤ幅が非常に細かいときに一連の問題が生じる。

プリント基板の外部回路の加工技術では、レジスト膜として金属膜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、TiN又は錫メッキは、一般的に使用されるレジスト層であり、アンモニアエッチング液のエッチングプロセスで使用される。アンモニアエッチング液は、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、主にアンモニア水／塩化アンモニウムエッチング溶液を指す。また、アンモニア水／アンモニア硫酸エッチング液も市販されている。硫酸塩ベースのエッチング溶液は、使用後、その中の銅を電解によって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的には稀であるが、塩素フリーエッチングで使用することが期待される。硫酸水素過酸化物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。経済的および廃液処理を含む多くの理由により，このプロセスは商業的な意味で広く採用されていない。さらに、硫酸すず過酸化水素は、鉛スズレジストのエッチングに使用することができず、このプロセスは基板の外層の製造における主な方法であるPCBではないので、ほとんどの人はそれをほとんど心配しない。

エッチングの品質と初期の問題

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、グラウンドを画定する場合、エッチングの品質は、ワイヤ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の固有の特性のために、それは下へエッチングするだけでなくあらゆる方向にもあるので、側のエッチングはほとんど避けられないです。アンダーカット問題は、エッチング因子と呼ばれるエッチング深さに対するアンダーカット幅の比として定義されるエッチングパラメータの一つである。プリント回路業界では、1 : 1から1 : 5まで広く変化している。明らかに、小さなアンダーカット度または低いエッチングファクタがある。エッチング装置およびエッチング液の異なる組成物の構造は、エッチングファクタまたはサイドエッチング度に影響を与え、または楽観的には、それを制御することができる。ある種の添加剤を用いることによりサイドエッチングの度合いを小さくすることができる。これらの添加物の化学組成は一般的に貿易秘密であり、開発者は外部世界に開示していない。エッチング装置の構造については、以下の章がある。多くの点で、プリント基板がエッチング装置に入る前に、エッチングの品質が存在する。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ない。エッチング品質として特定された問題の多くは、実際にはストリッピングプロセスにおいても以前に存在していた。外層パターンのエッチングプロセスでは、それが反映する「逆流」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、多くの問題がそれに反映される。同時に、エッチングは自己接着フィルムと感光性から始まる長い一連のプロセスの一部であり、その後、外側層パターンがうまく転写される。より多くのリンクが、問題の大きなチャンスです。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段階に入ると、パターンの断面状態は、図2に示されるようにすべきである。パターン電気メッキによって印刷回路を処理するプロセスにおいては、理想的な状態としては、電気メッキ後の銅、錫、銅、鉛、錫の厚さの総和は、電気メッキ用の感光膜の厚さを超えてはならず、電気メッキパターンが完全に覆われ、「膜の壁の両側に」、その中に埋め込まれている。しかし、実際の製造では、プリント配線板の電気メッキ後には、そのパターンは感光パターンよりもはるかに厚い。銅と鉛錫の電気メッキ工程では、メッキ層の高さが感光膜を越えるため、横方向に蓄積する傾向があり、問題が生じる。

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「エッジ」の下には「残留接着剤」又は「残膜」が残存し、不完全なエッチングが生じる。ラインは、エッチング後に両側に「銅の根」を形成し、銅のルーツはライン間隔を狭くし、結果として、プリント基板は、パーティAの要件を満たしておらず、拒絶されてもよい。PCBボードの製造コストは拒絶により大幅に増加する。また、多くの場合、反応による溶解の形成により、プリント回路業界では、残渣膜や銅がエッチング液中に蓄積され、エッチング装置や耐酸化性ポンプのノズルを塞ぎ、処理や洗浄のためにシャットダウンされることが多い。これは作業効率に影響する。

機器調整と腐食性溶液との相互作用

イン PCBボード処理、アンモニアエッチングは比較的微細で複雑な化学反応過程である。順番に、楽な仕事だ。一度処理が上がった後、生産は継続できる。キーは、それがオンになったら、継続的な作業状態を維持する必要がある。停止して停止することは賢明ではない。エッチングプロセスは、装置の良好な加工条件において非常に大きい。現在、どのような種類のエッチング液を使用しても、高圧溶射を使用しなければならない, そして、きちんとしたライン側と高品質のエッチング効果を得るために, ノズルの構造及び噴霧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, さまざまな説が出てきた, 異なるデザイン方法と器材構造の結果はしばしば非常に異なる。しかし、エッチングについてのすべての理論は、できるだけ早く新鮮なエッチング液と絶えず接触している金属表面を得る基本原則を認めます。エッチングプロセスの化学機構解析も上記の点を確認した。アンモニアエッチング、他のすべてのパラメータが定数、エッチングレートは主にエッチング液中のアンモニア（NH3）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、ちょうど生産される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（NH3）を連続的に供給することである。

プリント回路業界の従来の知識、特に印刷回路原料の供給者においては、アンモニア系エッチング液中の一価の銅イオンの含有量が低いほど反応速度が速くなることが一般的に認められている。これは経験によって確認されている。実際、多くのアンモニア系のエッチャント製品は、1価の銅イオンに対して特別な配位子（いくつかの複雑な溶媒）を含んでおり、これは、1価の銅イオンを還元するために作用する（これらの製品の高い反応性の技術的秘密である）、1価の銅イオンの影響が小さいことが分かる。5000 ppmから50 ppmまでの1価銅の還元はエッチング速度の2倍以上になる。エッチング反応中に多量の一価の銅イオンが生成され、また、1価の銅イオンが常にアンモニアの錯体基と強く結合しているので、その含有量をゼロに近づけることは非常に困難である。一価の銅を大気中の酸素の作用により二価の銅に変換することにより、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、エッチングチャンバに空気を通す1つの機能的理由である。しかし、あまりにも多くの空気がある場合、それは溶液中のアンモニアの損失を加速し、pHを減少させ、それは依然としてエッチング速度を低下させる。アンモニアはまた、制御される必要がある溶液中の可変量である。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通す習慣を採用しました。そうするためには、pHメーター制御システムを追加する必要があります。自動的に測定されたpHが与えられた値より低いときに、解決は自動的に加えられる。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）の関連分野では、研究作業が始まり，エッチング装置の構造設計の段階に達した。この方法では、溶液は銅二価であり、アンモニア銅エッチングではない。それはおそらく印刷回路業界で使用されます。Pch産業では、エッチングされた銅箔は典型的には5〜10ミルであり、場合によってはかなり厚い。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の産業システムからの研究はまだ正式に公開されていないが、結果はさわやかです。比較的強力なプロジェクト資金援助のために、研究者は長期的にエッチング装置の設計思考を変更し、これらの変化の影響を研究する能力を有する。例えば、円錐ノズルと比較して、ノズルのノズル設計はファン形状を採用し、スプレーマニホールド（すなわち、ノズルがねじ込まれたチューブ）も設置角度を有し、ワーク角を30度の角度でエッチング室に入ることができる。このような変化をしなければ、マニホールドにノズルを設けることにより、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、各グループの噴霧面と若干異なる。このようにして、スプレーされた溶液の形状を重ね合わせたり交差させる。理論的には、溶液形状が互いに交差すると、その部分の噴射力が低下し、それに接触している新しい溶液を維持しながら、エッチングされた表面から古い溶液を効果的に洗浄することはできない。これは特にスプレー表面の縁では真である。そのジェット力は、垂直方向のそれよりはるかに小さいです。設計パラメータは65 psi（ie 4＋bar）であった。すべてのエッチングプロセスおよびすべての実用的な溶液は射出圧力問題を有し、現在、エッチングチャンバ内の射出圧力が30 psi（2 bar）を超えることは非常に稀である。エッチング液の密度が高い方（比重やバームの程度）は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。

上及び下のボードについては、リードインエッジ及び後縁エッジは異なるエッチング状態を有する。

エッチング品質に関連する多くの問題は、上部ボード表面のエッチングされた部分に集中する。これを知ることが重要です。これらの問題は、プリント回路基板の上面におけるエッチャントからのコロイド蓄積の効果から生じる。コロイド状の固体は、銅表面に蓄積し、一方では吐出力に影響を与え、新たなエッチング液の補充を阻止し、エッチングレートを低下させる。コロイド固体の形成と蓄積のために、基板の上下パターンのエッチング度が異なることは正確である。これにより、その時点で蓄積が形成されておらず、エッチング速度が速くなるので、完全にエッチングされ易くしたり、腐食を起こし易くしたりすることが容易である。逆に、ボードの背面に入る部品が入ると、ビルドアップは既に形成され、そのエッチングレートを遅くする。

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の鍵となる要因は、ノズルが滑らかで、スプレーがスムーズになるように、障害物がないことを保証することである。封鎖またはスラッジングはジェット圧力の下でレイアウトに影響を及ぼす。ノズルがきれいでないならば、エッチングは不均一であり、PCB全体が廃棄される。明らかに、機器のメンテナンスは、破損した部品を交換することです。ノズルの交換を含むこと。また、摩耗と涙の問題がある。加えて、より重要な問題は、エッチング装置をスラッグ加工しないようにすることである。スラグの蓄積は多くの場合起こります。スラグの過剰蓄積はエッチング液の化学平衡にも影響する。同様に、エッチ液が過度の化学アンバランスを示すならば、スラグの生成は悪化する。スラグ蓄積の問題は過大にはできない。一旦エッチング・ソリューションにおいて、大量のスラッジングが突然発生すると、それは通常、解決策のバランスに問題がある信号です。これは、適切に塩酸を洗浄したり、溶液を補充する必要があります。残余膜はスラグを製造することもできる。非常に少量の残留膜がエッチング液に溶解される。それから、銅塩沈殿は、形成される残留膜によって形成されたスラグは、前のフィルム除去プロセスが完全でないことを示す。貧弱なフィルム除去はしばしばエッジフィルムの組合せの結果である。 PCBボード.

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