Copper Be Gone: PCB エッチングの背後にある化学

さまざまな理由から、PCB のホーム エッチングは、やや廃れつつある技術です。 もちろん主な理由は、クイックターン PCB 製造サービスの台頭です。 ガーバーを送り、数ドルで専門的に作られた十数個の PCB が入った箱が戻ってくるのに、なぜ自分でエッチングをする必要があるでしょうか?

利便性とコストは別として、出荷を待つ必要がないことから、単にプロセスを自分で制御したいことまで、独自のボードをスピンアップする正当な理由はたくさんあります。 しかし、どちらの陣営に属していても、貴重なアートワークで飾られた普通の銅張りの基板がエッチングタンクに滑り込み、プリント回路基板になるときに何が起こっているのかを知ることは有益です。 銅を除去するためにそこで何が起こっているのでしょうか? そして、エッチング方法は最終製品にどのような影響を与えるのでしょうか? 基板の背後にある化学を理解するために、より一般的なエッチング方法をいくつか見てみましょう。

結局のところ、PCB エッチングとは、できる限り制御された方法で基板から銅を除去することです。 PCB のエッチング方法は、通常、湿式プロセスと乾式プロセスという 2 つの大きなカテゴリのいずれかに分類されます。 ホーム ゲーマーの場合、ドライ プロセスには、CNC ルーターを使用して痕跡を削り出すなどの方法や、カミソリの刃を使用して痕跡を削り取る実証済みの方法さえも含まれます。 商業レベルでは、ドライ エッチングは一般に、高出力レーザーを使用して下層の基板から銅をアブレーションしてトレースを作成するレーザー エッチングや、RF エネルギーを使用してエッチングから反応性プラズマを生成するプラズマ エッチングなどの方法を指します。ガス。

X-Acto でトレースをスクラッチするという顕著な例外を除けば、これらのドライ エッチング方法にはすべて、何らかの特殊な機械が必要になるという欠点があります。 ただし、単純さという点で欠けている部分は、エッチングの方向性と銅の除去で達成される微細な制御によって補われます。 ドライエッチング法はすべて異方性プロセスです。 つまり、銅の除去を一方向に誘導し、アンダーカットのリスクを回避します。 湿式法はすべて化学反応に依存して金属銅を水溶液に取り込みますが、等方性プロセスです。つまり、すべての方向にほぼ均一に進行します。 これは問題になる可能性があります。 プロセスが厳密に制御されていない場合、エッチング反応がレジスト層の下に広がり、PCB の将来のトレース領域がマスクされて、トレースが高抵抗で狭くなったり、さらには開回路が発生したりする可能性があります。

自宅で PCB エッチングを行ったことがある場合は、少なくとも古いスタンバイである塩化第二鉄を試したことがある可能性がかなり高くなります。 安価で簡単で、他のウェット エッチング化学薬品に比べて多くの利点があります。特に、数本の釘とプールで簡単に入手できるいくつかの化学物質だけを使用して、ほぼ無制限に材料を作成できることです。店舗と薬局:

塩化鉄 (III) (FeCl3) としても知られる塩化第二鉄は金属銅を迅速かつ効果的に溶解しますが、その反応はどのようなものでしょうか? 全体的な反応は非常に単純です。

塩化第二鉄が金属銅と接触すると、その塩素原子の 1 つが銅原子に移動し、水に溶ける塩化銅 (II) または塩化第二銅が生成されます。 これにより、PCB 基板に一度接着された銅を洗い流すことができます。 非常に単純そうに見えますが、全体的な反応には多くの化学的複雑さが隠されており、詳細については少し掘り下げる価値があります。

まず、命名法について少し説明します。 金属カチオンを含む化合物（正に帯電した種）は、伝統的にその酸化状態、つまり原子の電荷を示すために異なる接尾辞を使用してきました。 接尾辞「-ic」はより高い酸化状態を示し、「-ous」はより低い酸化状態を示します。 この接尾辞は金属を表すラテン語の接頭辞に付けられ、3+ 酸化状態の鉄を指す「鉄」、または 2+ 状態の「鉄」などの名前が付けられます。 この慣例はほぼ錬金術の時代にまで遡り、現在でも一般的に使用されていますが、現在では標準的な命名法では、酸化状態を化合物名の括弧付きローマ数字で表すことになっており、塩化鉄 (III) (FeCl3) および鉄 (II) となります。塩化物(FeCl2)。