PCBエッチング技術の比較

エッチングは、電気の流れのための導電経路を舗装するために基板から銅素子を除去するプロセスです。PCBエッチングは、PCB製造プロセスの最も重要な要素の一つです。製造者は、デザインを準備し、それを転送し、エッチング溶液を適用し、それを洗浄し、電気デバイス用のPCBをエッチングするために仕上げ工程を実行する必要があります。簡単に聞こえるが、PCBエッチングプロセスは非常に複雑であり、精度が不可欠です。PCBエッチングとは何か、その基準について適切な知識がなければ、製造者はプロセス中に様々なアプローチで苦労することになるかもしれません。このブログでは、工程のステップ、実例、エッチングの種類など、PCBエッチングのあらゆる側面を取り上げます。

PCBエッチングとは？

PCBエッチングとは、基板表面から不要な銅を除去する作業を指します。メーカーは、PCBエッチングによって不要な銅トレースを除去することで、目的の回路パターンを作成することができます。これは、PCB製造プロセスの後に最も重要なステップの一つです。

PCBエッチングを始める前に、フォトリソグラフィと呼ばれる工程が行われ、希望する基板の設計図が転写されます。このレイアウトの助けを借りて、不要な銅要素がトレースされ、除去されます。これは氷山の一角に過ぎません。PCBエッチングプロセスには、化学エッチング、レーザーエッチングなど、他にも多くの技術があります。JLCPCB工場でPCBがどのように製造されるかをご覧ください。

PCBエッチング方法ーステップバイステップガイド：

重要性を考慮し、PCBエッチングは一連のよく構造化されたステップを通過します。ウェットエッチングプロセスでPCBをエッチングするには、以下のステップが必要です：

PCBを設計します：

EAGLE、KiCad、EasyEDAなどのソフトウェアを使用してレイアウトを作成します。転写用の透明シートにデザインを反転印刷します。PCBパッドのサイズと方向が、コンポーネントのPCB設計制約と一致していることを確認します。

デザインを転送します：

PCBを完全にクリーニングし、汚れ、油、その他の汚染物を取り除きます。デザインを銅基板に合わせます。十分な熱と圧力を加え、インクが銅の表面にしっかりくっつくようにします。加熱後、冷まして転写紙をはがします。これで、デザインだけが銅の表面にくっついたままになります。

エッチング液の選択

塩化第二鉄、過硫酸アンモニウム、酢、過酸化水素などのエッチング液は、市場で簡単に入手できます。プリント基板の数量や入手しやすさに応じて、いずれかを選択してください。

エッチングプロセスを監視する：

基板を溶液に浸し、かき混ぜる。PCBがエッチングされるのを見守る。エッチングが完了するまでの時間は、エッチング液の種類、PCBの厚み、溶液の温度によって異なります。

PCBをすすいできれいにする：

エッチングが完了したら、PCBを水で十分にすすぎ、残っているエッチング液を取り除きます。柔らかいブラシを使って、表面に残った銅をこすり落としてください。洗浄後、きれいな布で拭いて乾かしてください。

検査を行う：

プリント基板を検査し、回路パターンが正確であること、不具合や問題がないことを確認する。

仕上げ工程

銅トレースを酸化から保護するため、表面に薄いスズ層を塗布します。さらに、隣接するトレース間のはんだのブリッジを防ぐためにソルダーマスクが使用され、絶縁と銅の保護が追加されます。最後に、シルクスクリーン印刷を行い、登録番号、ブランド名、その他の識別子などの詳細を基板にラベル付けします。必須ではありませんが、これらのステップは耐久性と機能性を高めます。

PCBエッチングのベストプラクティス

・表面の準備： 最適なエッチング結果を得るために、PCB表面を徹底的にクリーニングし、汚染物質を除去してください。

・高品質の材料： より良い精度と耐久性を達成するために、高品質の銅張積層板を使用してください。

・安全対策： 化学薬品を安全に取り扱うために、手袋や保護メガネなどの安全装備を装備してください。

・過剰エッチングの防止: 不要な銅が除去されたら、速やかに基板を溶液から取り出し、過剰エッチングを防止する。

・廃棄のための中和： 使用済みのエッチング液を重曹のような中和剤と混ぜて、安全に廃棄してください。

PCBエッチング技術の種類：

多くのエッチング方法があり、目的に応じて適切な方法を選択することが重要です。PCBエッチングは当てずっぽうで行うものではないことを常に念頭に置いてください。ここでは、PCBエッチング技術の適切な内訳を示します：

ウェットエッチングプロセス：

ウェットエッチングプロセスは、化学反応を利用して不要な銅を溶解する溶液を使用します。酸性の化学薬品とアルカリ性の化学薬品の2種類を使用します。

酸性エッチング：

酸性PCBエッチングプロセスでは、塩化第二鉄（FeCl3）と塩化第二銅（CuCl2）が使用されます。リジッドPCBの内層をエッチングするには、通常、酸性の方法が使用されます。この2つの溶液のうち、塩化第二銅（CuCl2）が最も一般的ですが、その理由は、より小さなフィーチャーを正確にエッチング除去し、一定のエッチング速度と連続再生が可能だからです。塩化ナトリウム（NaCl）と組み合わせた塩化第二銅は、最大のエッチング速度を得るための方法の一つです。

酸性エッチングは、アルカリ性エッチングよりも正確で安価です。酸性の方法は、酸がフォトレジストと反応せず、必要な部分を損傷しないため、内層に使用されます。さらに、この方法は、フォトレジストの下で除去される銅の部分であるアンダーカットが最も小さい。しかし、酸性エッチングは工程が長く、アルカリ性エッチングよりもはるかに時間がかかる。そのため、大量のPCBには適さない場合があります。

アルカリエッチング：

アルカリエッチングは化学的に不要な銅層を除去するもので、外層回路パターンをエッチング除去するのに適した方法です。アルカリエッチング液は、アンモニアを含む塩化第二銅で、強力な酸化剤であり、金属銅と反応して溶解します。 アルカリエッチングは、PCBをエッチングする方法としては信じられないほど速く、費用対効果が高い。しかし、このプロセスも厳密に管理する必要があります。長時間放置すると、溶剤が基板にダメージを与える可能性があるからです。

プロセスを可能な限り迅速、効率的かつ正確にするため、アルカリエッチングは通常、コンベア式の高圧スプレーチャンバーで行われる。エッチング工程では、不要な銅のエッチングが完了した時点をブレイクポイントと呼び、その後にさらなる工程を行うことができる。

ドライエッチング：

ドライPCBエッチングは、ガスまたはプラズマをエッチャントとして利用し、不要な基板材料を除去します。プラズマはラミネートのベースと表面原子間の化学反応を活性化し、不要な銅を溶解させます。ウェットエッチングとは異なり、ドライエッチングでは化学薬品を使用しないため、莫大な有害化学廃棄物が発生しません。同時に、水質汚染のリスクも低減します。

レーザーエッチング：

レーザーエッチングプロセスでは、精密なコンピューター制御のハードウェアを使用することができます。このプロセスでは、高出力レーザーがPCB基板上のトレースラインを削り取ります。これらの不要な銅トレースは、完全に蒸発するか、PCBから剥がれ落ちます。他のウェットPCBエッチング技術と比較して、レーザーエッチングは工程数を大幅に削減し、製造コストと製造時間を削減します。また、インクや酸、有毒化学物質を使用する必要もありません。 しかし、大きな基板を均一にエッチングするのは難しい。その上、レーザー・エッチング・プロセスは非常に高価である。

プラズマエッチング：

このプロセスは、製造における廃液処理の削減と、ウェットケミストリーでは困難な選択性を達成する方法として考案された。化学的に活性なフリーラジカルと反応させる選択的エッチングである。また、適切な混合ガスのプラズマの高速ストリームを被エッチング材料に向けることも含まれる。ウェットエッチング法と比較して、プラズマエッチングはクリーンです。プラズマPCBエッチングは、非常に小規模で制御された精密なエッチングを行うことができます。また、この特殊なプロセスは、汚染されたビアや溶剤の吸収の発生を低減します。

しかし、利点はあるものの、プラズマエッチングは非常にコストがかかる。そのため、定期的に大量のエッチングを行うのでなければ、ウェットエッチングよりもはるかに高価になる可能性が高い。

ウェットエッチングとドライエッチングの違い

PCBエッチングのプロセスが複雑化するにつれ、メーカーは手順を簡略化するため、より多くの方法を試しています。メーカーは、効率と精度を達成するために、PCBエッチングプロセスを絶えず改良しています。ここでは、2つの主な方法を比較します：

1. 意味

・ウェット・エッチング：PCBを塩化第二鉄のような化学溶液に浸し、不要な銅を溶かす。

・ドライエッチング：真空チャンバー内でガスまたはプラズマを使用し、化学薬品を使わずに銅を選択的に除去する。

2. 手順：

・ウェット・エッチング：化学反応に頼って露出した銅を除去し、片面基板に最適。

・ドライエッチング：反応性ガスを使用し、複雑なパターンの方向精度を提供する。

3. コスト：

・ウェット・エッチング：経済的だが、危険な化学薬品を扱う。

・ドライエッチング：よりクリーンで安全だが、特殊で高価な装置が必要。

4. 精度：

・ウェット・エッチング：全方向の材料を溶解するため、精度に限界がある。

・ドライエッチング：銅を単一方向に除去するため精度が高く、高度な設計に適している。

それぞれの方法は、特定の設計と予算のニーズに対応し、PCB製造に柔軟性を提供します。

結論：

PCBエッチングは製造の要であり、電子機器に不可欠な精密回路パターンの作成を可能にする。初期設計から最終仕上げ工程まで、各工程では細心の注意と品質を確保するためのベストプラクティスの遵守が求められます。この工程では、設計、基板の作成、レイヤーの印刷、銅の除去、穴あけ、メッキなど、多くのことが要求されます。そして、これらすべてを可能にするエッチング工程も忘れてはならない。

長いPCBエッチング工程と、完璧なエッチングがどのように達成されるのかについて、すべてお分かりいただけたと思います。ウェット、ドライ、レーザー、プラズマなど多様なエッチング方法によって、メーカーは予算や設計の複雑さに応じて技術を調整することができます。また、化学エッチング、プラズマエッチング、レーザーエッチングなど、エッチング工程を完了する方法が複数あることもご存知でしょう。いずれの方法でも、電子機器が適切に機能することを保証します。