PCB製造における真空二流体エッチング：精密プロセス、利点、および業界のユースケース

PCB デザインがますます密度が高まるにつれて,細いピッチのコンポーネント (0.4mm BGA),超細い痕跡 (3/3 mil) と,HDI (High-Density Interconnect) アーキテクチャ必要な精度を提供するために苦労しています真空二流体エッチング: 真空下でエッチング液体と圧縮ガスを組み合わせて,最も複雑なPCBでも均一な結果が得られます.

5Gベースステーションから医療用ウェアラブルまで追跡精度が信号の完全性と信頼性に直接影響を与える場合このガイドは,真空2流体エッチングの謎を解き明かし,そのステップバイステップワークフローから従来の方法に対する利点まで説明し,現代のPCB生産における重要な課題をどのように解決するかを詳細に説明します.柔軟なPCBの生産を拡大するこのプロセスを理解することで,一貫した高品質な結果を得ることができます.

真空 二流体 彫刻 は 何 です か
Vacuum two-fluid etching is a specialized PCB etching process that uses a combination of liquid etchant (typically ferric chloride or cupric chloride) and compressed gas (air or nitrogen) in a sealed vacuum chamber真空は空気泡を排除し,エッチンガス混合物 (二流体スプレーと呼ばれる) が,深層部や細い痕跡の周りにさえ PCB 表面に均等に粘着することを保証します.

伝統 的 な 彫刻 方法 と は どんな 違い が あり ます か
伝統的なエッチングは次のいずれかに依存します.

a.スプレー・エッチング:高圧ノズルはPCBにエッチングを吹き込み,しかし不均質な表面で均一化に苦労し,しばしば切断を下回る (痕跡の縁の下での過剰なエッチング).
b.浸水エッチング:PCBはエッチングタンクに浸し込み,エッチング速度は遅い,精度が低い,微細な痕跡の結果が一貫していない.

2つの流体による真空エッチングは,以下のようにこれらの欠陥を解決します.

a.エッチンガス混合物が小さなビアスや狭い痕跡の隙間を含むPCBのあらゆる部分に届くように真空を使用する.
b.ガス圧力によるエッチントの影響を制御し,低切断を軽減し,痕跡の整合性を保ちます.
c.より速く,より均質なエッチングを可能にし,薄いまたは柔軟な基板でも可能です.

真空 二流体 刻印 の 主要 な 目的
すべてのエッチングプロセスと同様に,その目的は,PCB基板 (FR-4,ポリイマイド) から不要な銅を除去し,導電性痕跡を形成することである.しかし,それは現代のPCBにとって3つの重要な目的で優れている:

1精度:細音の設計では,痕跡幅の許容量は ±2μm (3/3ミリまたはそれより小さい) を維持する.
2均一性: PCB全体に一貫したエッチングを確保し,大きなパネル (24×36×) や多層HDIボードでも同じです.
3. 最小の低切断: 痕跡の辺の下のエッチングを痕跡の幅の≤5%に制限する.これは機械的強度と信号の整合性を保てるために重要です.

ステップ・バイ・ステップ・真空2流体エッチングプロセス
真空二流体エッチングは,精度と繰り返し性を確保するための制御された連続作業流程に従います.各ステップは欠陥を最小限にするために最適化されています.効率を最大化する.
段階1: 予備処理 PCBをエッチングに備える
正確な調製により,刻印剤が均等に粘着し,銅を一貫して除去します.

1掃除する
a.目的:エッチントが銅との接触を阻害する油,塵,光抵抗残留を除去する.
b.処理: PCB は,アルカリ洗剤 (pH 10 〜 11) で 50 〜 60 °C で 10 〜 15 分間の超音波浴で清掃されます.その後,DI 水で洗浄 (導電性 < 5μS/cm) により洗剤残留物が除去されます.
c. 臨界点検査: 清潔性を確認する"水断裂試験"は,PCB表面に水が入っていないことが,清掃の成功を示唆する.
2照明耐性検査
a.目的:光抵抗剤 (望ましい銅痕跡を保護する) が無傷で,ピンホールや傷痕がないことを確認する.
処理:自動光学検査 (AOI) は,光抵抗欠陥を検出するために500~1000dpiでPCBをスキャンします. 損傷したボードは,エッチングエラーを避けるために再加工または廃棄されます.
3乾燥している
a.目的:水はエッセンタを稀釋し,2つの液体の混合を乱すため,PCB表面から水分を除去する.
プロセス:PCBは,コンベクションオーブンで80~100°Cで5~10分間乾燥し,その後,光抵抗の歪みを防止するために室温 (25°C) に冷却する.

ステップ2:真空室の設置
試験室は2つの液体の混合物を制御された条件で使用するプロセスの中心です

1部屋の準備
a.真空圧力校正: 室内は,空気泡を排除するのに十分な低さで50~100 mbar (ミリバー) に排気されますが,PCBを損傷させるほど低いものではありません.
b.温度と湿度制御: 室温は25~30°Cを維持し,湿度は 40%以下に保たれ,エッチェントの凝縮を防止する.
c.ノズルの配置: 高精度ノズル (直径0.5~1.0mm) は,平らな覆いを確保するために,スプレー角度が45°で,PCB表面全体を覆うように配置されている.
2.PCBの積載
a.固定:PCBは,すべての側面が同等のエッチン暴露を受けることを確保するために,回転ステージ (10~15 RPM) に設置されています.フレックスPCBでは,緊張システムはしわを防ぐことができます.
信頼性アライナメント:ステージは信頼性マーク (PCB上の1mmの銅の円) を使用して,微細な痕跡の設計に重要な0.01mmの精度でボードを位置付けます.

3 段階: 2 液体 混合物 の 適用 と 彫刻
これは核相で,エッチンガス混合物が不必要な銅を除去します.

1混合物の調製
a.切削剤の選択:FR-4PCBには鉄塩化物 (FeCl3) が使用される (切削速度:1μ2μm/min);柔らかいPCBには銅塩化物 (CuCl2) が好ましい (ポリアミド基板に柔らかい).
(b) ガス・エッチント比:圧縮窒素 (99.99%純) は,エッチントと3:1の比 (ガス:液体) で混合して微細な霧を形成する.この比率は,切削速度と精度をバランスします.より高いガス比は切削を減らし,しかしゆっくりと切削します..

2噴霧 適用
a.圧力制御: 2 液体混合物は 2 〜 4 バーの圧力で噴霧されます. 低圧 (2 バー) は 3 / 3 ミリル痕跡のために使用され,低切断を最小限に抑えます.より厚い銅 (2 オンズ+) に対してより高い圧力 (4 バー).
b.エッチタイムモニタリング:エッチタイムは銅の厚さによって異なる. 1oz (35μm) の銅では1~2分, 2oz (70μm) の銅では3~4分.線形光学センサーは,銅の厚さをリアルタイムで測定する.目標に到達するとスプレーを停止させる.

3掃除 廃棄物の除去
a.目的:PCBに再堆積を防ぐために,使用済みエッチャントと銅イオンを室から抽出する.
b.プロセス:真空ポンプは5~10L/minで廃棄物を除去し,フィルターは回転のために銅粒子を捕らえる (環境への影響を減らす).

第4段階 処理後 仕上げと品質検査
塗り切った後,PCBは光電阻を取り除き,品質を検証する手順を経ます.

1フォトレスストリッピング
a.プロセス:PCBは,光抵抗剤を溶かすために50°Cでナトリウムヒドロキシード溶液 (5~10%濃度) に5~8分間浸透します.DI水洗浄で残留の脱毛剤を除去します.
2酸中和
a.目的:銅の酸化を防ぐために残ったエッチントを中和する.
b.処理:稀釋硫酸 (5%濃度) に短時間 (30秒) の浸水で銅表面を安定させる.
3乾燥する
a. 処理:熱気ナイフ (80°C) で表面の水分を除去し,その後に真空乾燥機でビアスに閉じ込められた水を除去する.
4品質検査
a.痕跡幅測定:レーザープロフィロメーターはPCB1点あたり50点以上で痕跡幅をチェックし, ±2μmの許容を保証する.
(b) 低切断試験:横切断解析 (微切断による) で,低切断は痕跡幅の ≤ 5%であることを確認する.
c.AOI再検査:カメラは,開いた痕跡,ショート回路,または残留銅などの欠陥を検知し,適合していないボードは再加工のためにマークされます.

真空2流体エッチングと伝統的なエッチング方法
なぜ真空二流体エッチングが精密PCBに好まれるのか理解するには,スプレーと浸泡エッチングと比較してください.

主要 な 教訓
a.真空2流体: 精密設計 (細い痕跡,HDI,フレックス) の唯一の選択で,均一性と最小限の低コストが重要です.
b.スプレー:標準的な硬いPCBでは費用対効果が高く,先進的な設計では不十分です.
浸透:プロトタイプでは安価ですが,大量生産や複雑な生産には遅すぎて不正確です.

PCB 製造 用 の 真空 二 流体 蚀刻 の 主要 な 利点
この独特の2流体エッチングプロセスは,現代のPCB製造のニーズに直接対応する利点を提供します.
1微細な痕跡を 描くのに 匹敵しない 精度
a.トラス幅容量: 5G スマートフォンとAI加速器のHDI PCBにとって重要な3/3ミリ (0.075mm) のトラスを可能にする ±2μmを達成する.
b.低低切断: ≤5%の低切断対10~25%の従来の方法では,痕跡強度と信号の整合性を保ちます.例えば,0.1mmの痕跡には0.005mmの低切断のみがあります.組み立て中に壊れないようにする.
c.エッチング経由: 2つの液体霧が小さなエッチング経路 (0.1mm直径) に到達し,銅を均等に除去し,スプレーエッチングで一般的な"犬の骨"の欠陥を回避する.

2優れたエッチ均一性
a.パネルレベルの一貫性:真空は, 24 × 36 面パネルのすべての部分を覆うエッチンガス混合物を確保し,厚さ変化 ± 1μm 自動車またはデータセンターPCBの大量生産に理想的です..
b.多層互換性: 8~12層のHDIボードでは,このプロセスは内側と外側の層を均等にエッチし,信号交差を引き起こす層間変動を軽減します.

3繊細な基板との互換性
a.Flex PCB:柔らかいエッチンガス混合物 (3:1比) は,スプレーエッチングで歪みやすいポリアミド基板を損傷しない.真空二流体エッチングは,フレックス PCB の整合性を維持します.10時後でも折りたたみのサイクルが1000回以上あります
薄い基板:0.2mmまで薄いPCB (ウェアラブルでは一般的) で動作し,噴霧で刻印された高圧が曲がりや破裂を引き起こす.

4浸水エッチングより高速
a.エッチスピード: 1オンス銅の1μm/minは,浸水エッチよりも2×4倍速く,大容量回数のための生産時間を短縮します.1日1万個のHDIPCBを処理する製造業者は,サイクル時間を30%短縮することができます..浸透する
b.再加工の減少:<1%の欠陥率は,再エッチが必要なボードが少なくなり,生産量をさらに高めコストを削減することを意味します.

5環境持続可能性
a.エッチン効率: 2つの液体混合物はスプレーまたは浸水エッチンよりも20~30%少ないエッチンを使用し,化学廃棄物を減らす.
(b) 銅のリサイクル:真空システムから捕獲された銅粒子はリサイクルされ,原材料のコストと環境への影響が低下します.
c.コンプライアンス: ISO 14001 (環境管理) とRoHS基準を満たし,有害な副産物がない.

産業における真空二流体エッチングの応用
精度と信頼性が交渉できない分野では欠かせないものです.
1消費電子機器のためのHDI PCB
a.用例: 5G スマートフォン,折りたたむラップトップ,ウェアラブル (Apple Watch,Samsung Galaxy Z Foldなど)
b.なぜ重要か:これらのデバイスは 3/3ミリトースと0.1ミリトースのマイクロビヤを必要とします.2つの流体で真空でエッチングすることで,これらの痕跡は,クロスストックなしで5G mmWave (28GHz) 信号をサポートするのに十分な精度になります..
c.例: スマートフォンメーカーが12層のHDIPCBに真空二流体エッチングを用いて 99.9%の痕跡精度を達成し,フィールド障害を40%削減しています.

2自動車用電子機器のためのフレックス&リジッド-フレックスPCB
a.用例:ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) センサー,EVバッテリー管理システム (BMS),車内のインフォテインメント.
b.なぜ重要なのか:ADASの柔らかいPCBは,痕跡の整合性を維持しながら車両のフレームの周りに曲がらなければなりません.真空二流体エッチングの穏やかなプロセスは,ポリマイドの損傷を避けます.-40°Cから125°Cの熱サイクルで信頼性の高い性能を保証する.
c. 適合性:AEC-Q200 (自動車部品の信頼性) 規格を満たし,品質管理のための追跡可能なエッチングパラメータを有する.

3電気通信と航空宇宙のための高周波PCB
a.用例: 5Gベースステーション増幅器,レーダーシステム (自動車/防衛),衛星トランシーバー.
b.なぜ重要なのか:高周波信号 (2860GHz) は,軌跡不規則に敏感である.真空二流体エッチングの±2μmの許容度はインピーダンスの不一致を最小限に抑える.信号損失を15~20%削減するスプレーでエッチングする
c.例:ロックヒッド・マーティンは軍事用レーダーPCBでこのプロセスを使用し,戦闘環境で99.99%の信号完整性を達成する.

4医療機器
a.用例:インプラント可能なセンサー,ポータブルな超音波探査機,診断機器 (PCR機器など).
医療用PCBは,生物互換性のある材料 (例えばセラミック,ポリアミド) と電気的干渉を避けるための正確な痕跡を必要とします.バキューム2流体エッチングの温かいプロセスは,生物互換性を保ち,不妊環境での信頼性の高いパフォーマンスを保証します.
c.コンプライアンス: ISO 13485 (医療機器の品質) とFDAの要件を満たし,完全なプロセス追跡が可能である.

5産業用IoT (IIoT) センサー
a.使用例:スマートファクトリーセンサー,石油・ガス監視装置,農業IoTシステム
IIoTセンサーは厳しい環境 (塵,湿度,極端な温度) で動作し,耐久的で正確な痕跡を必要とします.2つの流体で真空でエッチングする 均質なエッチングは,これらの痕跡が腐食に抵抗し,10年以上導電性を維持することを保証します.

真空二流体エッチングにおける課題と解決策
真空二流体エッチングは大きな利点をもたらすが,専門技術で解決されるユニークな課題を提示する:
1高額な初期設備コスト
課題:真空室と精密なノズルは 3 千万円~100万円で 小規模メーカーにとっては高額です
解決策:
リース:多くのサプライヤーは,初期費用を削減するために,機器リース (月額5万〜15万ドルの支払い) を提供しています.
契約製造:小型企業は,真空二流体エッチングに特化したCM (契約製造者) と提携し,設備投資を避けることができます.

2液体混合物の校正
課題: ガス と 腐食剤 の 誤った 比率 に よっ て 腐食 が 少なく (ガス が 多い) または 腐食 が 過剰 に 多い (液体 が 多い) こと が あり ます.
解決策:
自動混合システム: コンピュータ制御のミキサーを使用して3:1比を維持し,リアルタイム pHと密度モニタリングを行います.
定期試験: 混合物を検証するために,完全な生産開始前にクーポン試験 (小型のPCBサンプル) を実施する.

3ノズルのメンテナンス
課題: 切削剤 の 残り は 噴霧 管 を 塞い,不均等 な 噴霧 と 欠陥 を 引き起こし ます.
解決策:
日々の清掃:残留物を除去するために,毎シフト後にDI水でノズルを洗い流します.
計画的な交換:スプレーの品質を維持するために,ノズルを3〜6ヶ月ごとに (または10,000 PCB) 交換する.

4掃除室の漏れ
問題: 漏れ は 圧力 を 減らし,不均等 な 刻印 や 空気 泡 が 発生 する.
解決策:
週間の圧力検査:ヘリウム漏れ検出器を使用して,小さな漏れを特定する (1×10−9 mbar·L/sまで).
シール交換:漏れを防ぐために,カームのガシケットを6~12ヶ月ごとに交換します.

最適な真空2流体エッチング結果のためのベストプラクティス
このプロセスの恩恵を最大限に生かすには,以下のガイドラインに従ってください.

1流体パラメータを最適化
a.微細な痕跡 (3/3ml) に対して: 低切断を最小限にするために,4:1のガス・エッチン比と2バーの圧力を使用する.
厚い銅 (2oz+) に対して: 圧力を 4 bar に増やし,エッチングを加速するためにガス比を 2:1 に減らします.

2. 安定した真空圧を維持
a. 50~100 mbar の室圧を維持する. > 10 mbar の変動は不均等なエッチングを引き起こす. 圧力低下を防ぐためにバックアップ真空ポンプを使用する.

3温度と湿度を制御する
a.室温: 25°C~30°C (エッセンタ反応性は25°C以下に低下し,30°C以上に上昇する).
b.湿度: <40% (湿度によりエッセンタが稀化し,PCBが凝縮する).

4厳格な品質検査を実施する
a. 切断前: 光耐性欠陥の AOI; ピンホールを持つ板を拒絶する.
b.In-Etch: 過剰なエッチを避けるため,レールタイムで銅厚さのモニタリング.
c. 切断後: レーザープロフィロメトリと横断解析により,痕跡幅と切断を検証する.

5. トレーン・オペレータを徹底的に
a. スタッフが流体混合,圧力制御,故障解決 (例えば,ノズルの塞ぎ,真空漏れ) を理解していることを確認する.
(b) プロセスの一貫性を維持するために毎月リフレッシュトレーニングを実施する.

よくある質問
Q:真空二流体エッチングで達成できる最小の痕跡幅は?
A:ほとんどのシステムは3/3ミリ (0.075mm/0.075mm) の痕跡を信頼的に刻印することができます.先進的なシステム (0.3mmのノズル) は超密度のHDI PCBでは2/2ミリ (0.05mm/0.05mm) を達成することができます.

Q: 陶磁PCBには真空2流体エッチングが使用できますか?
A: はい,陶磁PCB (例えばアルミナ,AlN) は基板の損傷を避けるため,穏やかなエッチングが必要です.このプロセスは低圧の2流体混合物が理想的です.銅のセラミックに対するエッチング速度は0.5-1μm/minです.

Q: 真空2流体エッチングシステムには どれくらいの頻度で メンテナンスが必要ですか?
A: 日常的なメンテナンス (ノズルの清掃,液体フィルターの交換) は毎日必要です. 主要なメンテナンス (室密封の交換,真空ポンプの保守) は6〜12ヶ月ごとに必要です.使用状況によって.

Q: 真空二流体エッチングは鉛のないPCBと互換性がありますか?
A: はい 鉛のない銅ホイール (RoHS に準拠する PCB に使用されます) は,このプロセスで均質に刻み出します.刻み出剤の混合物 (鉄素または銅塩化物) は,鉛のない材料と反応しません.遵守を保証する.

2つの流体で真空で切るPCBのコストは?
A: 大量生産 (10k+ PCB/日) の場合,単位コストは0.50$~1.50$ (スプレーエッチングでは0.30$~0.80$).プレミアム は,再加工 の 費用 が 低く,精密 な 設計 の 性能 が 向上 し た こと に よっ て 抵消 さ れ ます.

結論
バキュム2流体エッチングは,精密設計のためのPCB生産に革命をもたらし,伝統的なスプレーと浸水方法の限界を解決しました.最低値下げ5G,自動車,医療電子機器の主要なコンポーネントであるHDI,フレックス,高周波PCBには不可欠です.

初期設備コストが高くても プロセスの処理速度が速く 欠陥率が低く 環境上の利益は 現代の市場で競争することを目指す製造業者にとって 投資を正当化しています流体比を最適化する,真空圧を維持し,厳格な品質検査を実施することで,企業は真空二流体エッチングの全可能性を解放することができます.最も厳しい性能基準を満たすPCBを製造する.

PCB設計が縮小し速度が増加するにつれて (6G,1Tbpsイーサネットなど) 電子機器が小さく,速く,信頼性も向上しました.