基板エッチングの基礎知識

基板エッチングは、基板を製造する際の重要な工程です。基板エッチングとは、基板上の銅を除去し、電気回路を構成するために必要な銅配線を残す作業です。基板製造に関わる人にとって、基板エッチングの理解は不可欠です。本ガイドでは、基板エッチングとは何かを説明し、様々なエッチング技術を紹介し、工場で基板エッチングを行うために必要な装置、スキル、プロセスを解説します。

プリント基板（PCB）は電子機器の製造において至るところで使われています。基板は、電子機器のさまざまな部品間に電気的な接続を作り出すために重要です。例えば、半導体同士が通信できるようにするなど、数多くの用途があります。

基板は通常、導電性の銅層と絶縁層を積層したサンドイッチ構造になっています。銅でできた導線（『銅トレース』と呼ばれる）、銅パッド、導電プレーンが、回路を動作させるために必要な部品を電気的に接続する配線を形成します。基板のエッチングが完了すると、組立工程に送られ、部品をはんだ付けします。

より複雑な基板は、導電性の銅トレースや接続を多数含む多層構造で、絶縁層とともにサンドイッチ状に積層されています。電子機器が小型化し、機能が増えるにつれて、部品も小型化しました。高度な基板設計では、部品が非常に密集して配置されています。

技術の発展に伴い、他の基板エッチング技術も登場しています。

プラズマエッチングは、高速のプラズマ流を使って回路を形成する方法です。このプロセスは高価ですが、精密さが要求される小規模な用途に適しています。プラズマエッチングの利点には、環境に優しいことが挙げられます。これは、化学エッチングで発生する液体廃棄物の処理を減らすために開発されました。また、プラズマエッチングは基板の銅表面から有機残留物を除去するため、よりクリーンなプロセスでもあります。

プラズマエッチングでは、2つの電極が使用されます：1つは高周波を発生させる電極、もう1つは接地電極です。エッチングガス（酸素、四フッ化炭素など）は、高周波電極によってイオン化されます。この電極は13.56MHzで動作し、電子を励起して状態を変化させ、高速のプラズマパルスを生成します。プラズマとエッチング対象材料との化学反応によって材料が変化し、回路が形成されます。

プラズマエッチングは1970年代に注目されるようになりました。基板エッチングだけでなく、プラズマエッチング技術は半導体材料の加工にもよく使われています。この技術により、電子機器に使用される前に、半導体表面に微細な構造をエッチングすることが可能になります。

フォトエッチングは、特殊な化学薬品を利用して金属シートに複雑なデザインを精密にエッチングする方法です。電子産業で広く使用されており、写真技術と化学薬品を組み合わせて、コンピュータプロセッサなどの回路を形成します。

フォトエッチングは、まずデザイン画像の作成から始まります。除去する部分や保護する部分は写真技術を使って決定されます。調合された化学溶液を適用すると、保護されていない部分の材料が除去され、部品が形成されます。フォトエッチングは、基板やコンピュータプロセッサだけでなく、プラズマジェネレーター、光学部品、コーティングの製造にも利用できます。

レーザーエッチングまたはレーザーマーキングは、多くの金属に適用できる汎用的なプロセスで、材料表面を溶融させて部品やマーキングを作成します。レーザーは、基板の切断、焼結、穴あけ、マーキングに頻繁に使用されます。マーキングの場合、レーザービームは小さな領域に大量のエネルギーを集中させ、銅トレースを形成します。レーザーマーキングでは材料が変性し、黒、灰色、白に着色されることがあります。そのため、レーザーエッチングはシリアル番号、バーコード、ロゴなどの永久的なマーキングの作成によく使われます。

無電解銅めっきは、基板エッチングのもう一つの技術です。これは、金属またはプラスチックの基材に均一な銅層を析出させる方法です。基板は、銅塩とホルムアルデヒドを含む水溶液に浸されます。

無電解めっきは、基材と銅塩／ホルムアルデヒド溶液中の金属イオンとの化学反応によって機能します。この手法は、より細く薄い銅トレースを持つ基板の製造に特に適しています。無電解めっきは、複雑な形状でも均一なコーティングを形成します。この技術の他の利点には、耐食性や耐摩耗性があります。無電解銅めっきは電子機器だけでなく、自動車、石油・ガス、航空宇宙分野でも広く使用されています。

基板エッチング装置は、化学薬品、レーザー、またはプラズマを用いて余分な銅を除去し、基板上に銅のパターンを形成します。必要なプロセスの種類に応じて、さまざまなタイプの基板エッチング装置が提供されています。ウェットエッチングプロセスを採用する装置では、酸（通常は塩化第二鉄または塩化第二銅）やアルカリ溶液を用いた化学反応によって不要な銅を溶解します。アルカリ系基板エッチング装置は、速度とコストパフォーマンスの高さで知られていますが、基板を損傷しないようにプロセスを慎重に制御する必要があります。

一方、ドライ基板エッチングプロセスにはレーザーとプラズマ装置が含まれます。レーザーエッチング装置は、高出力レーザーを使用して基板上に銅配線をマーキングします。レーザー基板エッチング装置は、有害な化学薬品を使用する必要がありません。しかし、化学エッチング装置よりも高価です。プラズマエッチング装置は精密な制御を可能にしますが、レーザーと同様にプロセスは高コストです。そのため、プラズマ方式を採用する場合、大量の基板を生産しなければ経済的に割りが合いません。

他の小規模な基板エッチング装置には、基板エッチングキットがあります。基板制作キットやエッチング用アクセサリーは、愛好家や小規模事業者が自宅や作業場でオリジナルの基板を設計し、製造することを可能にします。

エッチング溶液や化学薬品には、塩化第二鉄、エッチングレジストペン、エッチング機器などがあります。基板エッチングキットは、銅板の洗浄、エッチング、穴あけ、はんだ付け、刻印といったスキルを習得するのに最適です。これは、複数の基板試作を行う場合に便利で、設計のさまざまな反復作業が必要になることがあります。

自分専用の基板エッチング装置やアクセサリーを利用すれば、外部の基板メーカーに依頼することなく、試作を自分で行う事ができます。独自のカスタム設計を試しながら、基板設計や製造についてさらに理解することができるでしょう。

RSでは基板エッチング処理を支援するエッチング機器やエッチング用化学薬品を豊富に取り扱っています。詳細については製品ラインナップをご覧ください。