当記事では、プリント基板製法の製造方法の主流である「サブトラクティブ法」について紹介しています。
プリント基板の製造には主に「サブトラクティブ法」と「アディティブ法」の2種類の方法があります。どちらの製法も回路を形成するために使用されますが、それぞれ異なるアプローチを取ります。サブトラクティブ法は、不要な銅箔をエッチングで除去することで回路を作る手法であり、コスト面で優れているため、多くのメーカーで採用されています。
一方、アディティブ法は、導電材料を基板に付加することで配線を形成する方法であり、高密度な配線が求められる場合に有利です。近年では、両者を組み合わせたハイブリッド技術も注目を集めており、より効率的な基板製造が可能になっています。
本記事では、特にサブトラクティブ法に焦点を当て、その製造プロセスや利点、業界での採用状況について詳しく解説します。従来の製造技術と最新の技術動向を比較しながら、どのようにしてこの手法が進化してきたのか、また今後どのような発展が見込まれるのかについても取り上げます。
サブトラクティブ法とは
「サブトラクティブ（Subtractive）」とは、「減算的」や「引き算的」という意味を持つ言葉です。サブトラクティブ法では、全面に銅箔が貼られた基板から不要な部分を削り取ることで回路を形成するため、この名称が付けられています。
この手法は、電子機器の大量生産に適しており、高い精度で均一な回路パターンを作り出すことが可能です。また、サブトラクティブ法は長年の実績があり、安定した品質を確保できることから、現在でも多くの製造現場で採用されています。
さらに、この方法はさまざまな基板の種類に適用でき、シングルレイヤー基板から多層基板まで広く利用されています。特に、家電製品、通信機器、自動車部品など、多岐にわたる分野で使用されており、その汎用性の高さが特徴です。
サブトラクティブ法は、フォトリソグラフィ技術を活用して高精度な配線パターンを形成するため、微細加工技術の進化とともに、より細かいパターンの形成が可能になっています。この技術の向上により、スマートフォンやウェアラブルデバイスなど、極めて小型で高密度な回路を必要とするデバイスにも適用が拡大しています。
また、サブトラクティブ法は環境負荷の低減にも貢献しています。近年では、使用する薬品やエッチングプロセスの改良が進み、廃液のリサイクル技術も向上しています。そのため、環境に配慮しつつ、高効率で製造できる方法として今後も重要な役割を果たしていくと考えられます。
サブトラクティブ法の製造工程の概要
サブトラクティブ法の製造工程は、以下のように進められます。
- 基板の準備：銅箔が全面に貼られた基板を用意します。使用する基板の材質や厚みは、製造する回路の仕様に応じて選定されます。
- マスクフィルムの作成：配線パターンを形成するためのマスクフィルムを作成します。これはフォトリソグラフィ技術を用いて作られ、高精度なパターン形成を可能にします。
- 感光処理：マスクフィルムを基板に重ね、紫外線を照射することで感光処理を行います。この処理によって、必要な部分と不要な部分が識別されます。
- エッチング（銅箔の除去）：感光されていない部分の銅箔を薬品で溶解除去します。一般的に塩化第二鉄（FeCl3）や硫酸過酸化水素（H2SO4 + H2O2）などのエッチング液が使用され、不要な銅箔が溶かされます。
- 仕上げ処理：必要な配線パターンが形成された後、基板の洗浄と乾燥を行い、最終的な仕上げ処理を施します。場合によっては、追加の防錆処理やコーティングが行われることもあります。
このように、サブトラクティブ法は複数の工程を経て高品質なプリント基板を製造するための重要な技術であり、特に大量生産に適した手法として広く普及しています。
サブトラクティブ法の製造プロセス
銅箔を使用した回路形成
サブトラクティブ法では、最初に銅箔が全面に貼られた基板を使用します。この銅箔の上に、配線パターンを形成するためのマスクフィルムを配置します。基板のサイズや用途に応じて、使用する銅箔の厚みが異なることがあり、一般的には18μmから70μm程度の銅箔が使われます。厚い銅箔を使用することで、高電流を流す回路を形成することも可能です。
マスクフィルムと感光工程
マスクフィルムには配線パターンが印刷されており、これを基板に重ねて感光処理を行います。感光することで、必要な配線部分と不要な部分が識別されます。この工程では、フォトレジストと呼ばれる感光性材料を基板表面に塗布し、紫外線を照射することで、パターンを基板に転写します。フォトレジストの種類には、ポジ型とネガ型があり、パターンの形成方法によって使い分けられます。高精度な回路パターンを作るために、最新のフォトリソグラフィ技術が用いられています。
不要な銅箔の除去
感光処理後、薬品を使用して不要な銅箔を溶解除去します。一般的には塩化第二鉄（FeCl3）や硫酸過酸化水素（H2SO4 + H2O2）などのエッチング液が使われます。エッチング液の種類や濃度、温度によって、銅箔の溶解速度が変わるため、製造ラインでは厳密な管理が求められます。
エッチング工程では、溶解速度を均一に保つために、スプレーエッチングやディップエッチングといった手法が採用されます。スプレーエッチングは、基板に均等に薬品を噴霧することで、精密な回路パターンを維持するのに適しています。一方、ディップエッチングは、薬品の入った槽に基板を浸す方法で、大量生産向けに使われることが多いです。
このエッチング工程を経ることで、基板上に設計通りの回路パターンが形成され、次の工程へと進みます。
なぜサブトラクティブ法が主流なのか？
コスト面での優位性
サブトラクティブ法は、製造コストが比較的低く、量産に適しているため、多くのプリント基板メーカーで採用されています。特に単純な回路設計の基板では、製造プロセスのシンプルさからコスト削減がしやすくなっています。また、工程が確立されており、品質の一貫性が確保されるため、高い信頼性を持つ製造方法として広く普及しています。
さらに、サブトラクティブ法は大量生産に向いており、一度製造ラインを確立すれば、効率的な生産が可能です。そのため、スマートフォンや家電製品、自動車用基板など、多くの産業分野で広く活用されています。
現在のプリント基板製造における採用状況
現在のプリント基板市場では、サブトラクティブ法が標準的な製造方法として利用されています。特に一般的な単層基板や多層基板の製造に適しており、大量生産時のコスト削減が可能です。一方で、高密度な配線が求められる場合には、アディティブ法の採用も進んでいます。
最近では、IoT機器の小型化やウェアラブルデバイスの普及に伴い、基板の高密度化が求められています。これにより、サブトラクティブ法の技術革新が進められ、より細かい配線を実現するためのエッチング技術の改良や、新たな材料の導入が検討されています。また、環境負荷を減らすためのエコフレンドリーな薬品を用いたエッチング技術も開発されており、持続可能な生産体制の確立が進んでいます。
サブトラクティブ法は、コストと品質のバランスが取れているため、現在も多くの製造現場で活用され続けています。さらに、新たなニーズに対応するため、製造プロセスの改良が続いており、今後も主流の製造方法として利用される見込みです。
まとめ
プリント基板製法の製造方法の主流である「サブトラクティブ法」について紹介しました。
サブトラクティブ法は、不要な銅箔を薬品で除去することで回路を形成するプリント基板の製造方法であり、コスト面や生産効率の面で優れているため、多くのメーカーで採用されています。
一方、アディティブ法は導電材料を基板に付加して配線を作る方法であり、高密度な回路形成に適しています。近年では、これらの手法を組み合わせたハイブリッド技術も注目されています。
本記事では、サブトラクティブ法の詳細な製造プロセスやメリット、最新の技術動向について解説しました。
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