半導体の製作にも用いられるエッチング加工とは？
本日は半導体や金属の加工に用いられるエッチング加工について解説していきます！
知っている人も知らない人も是非ご覧ください♪
エッチング加工とは
エッチング加工とは、金属に酸・アルカリなどの腐食液を吹き付けることで腐食や融解を施す加工方法であり、中世ヨーロッパで発明された歴史の長い加工技術です。
極薄・極小の金属板に対して複雑なパターンを精度高く加工できるという特徴や、加工できる金属の種類が多いという利点を持っています。
現代の製造業分野では欠かすことのできない加工技術で、電子部品や医療機器など、様々な部品製造において活用されています。
短時間・低コストで加工を施せるメリットがある一方で、大量生産には向いていないというデメリットもあります。
エッチング加工のメリット
金型を作る必要がない
金属のエッチング加工では、金型の必要がありません。
そのため、エッチング加工は一般的に迅速な加工が可能で、特に小規模な生産に向いています。
一方、金型を使用するプレス加工には、金型の製作に時間と手間がかかります。
複雑形状な加工を低コストで実現
エッチング加工は、複数の部位を一度に薬品で腐食・溶解させる方法で、このプロセスを通じて複雑な形状や多数の穴を持つ製品を効率的に製造できます。
これにより、低コストで高度なデザインの製品を生産することが可能です。
変形が発生しにくい
腐食による溶解加工を行うエッチング加工は、非接触方式を採用しています。
この特性により、プレス加工などで起こる、カエリ、ひずみ、たわみといった問題が回避されます。
このため、エッチング加工は薄板への加工や複雑な形状の製品への加工に適しており、高い精度が必要なデザインにも対応できます。
エッチング加工で加工できる素材
エッチング加工は腐食性のある素材であれば基本的に加工が可能で、特にステンレス・銅などの金属素材における精密加工に適しています。
エッチング加工が可能な材質
・ステンレス
・銅
・鉄
・ニッケル
・ニクロム
・モリブデン
・チタン
・アルミニウム
・タングステン
・その他
エッチング加工の工程
原画の作成
図面の内容をもとにCADソフトなどを用いて原画を作成します。
金属板材の脱脂洗浄
ステンレスや銅などの金属材料を対象とした前処理です。
脱脂洗浄処理を施して、表面に付着した油分や汚れを取り除きます。
最終的な仕上がりや品質にも影響があるため、必要な前処理工程となります。
レジストのラミネート
感光性を持った樹脂素材であるレジストを対象材料に焼き付けます。
フォトレジストを表裏の両面に焼き付けることで、保護された部分がエッチングされなくなります。
露光でパターンを焼き付け
原画をラミネート上に載せて露光をし、原画に作画したパターンを材料に焼き付けます。
精密なパターンの再現かつ、品質性の担保のためにクリーンルームでの作業が求められます。
現像処理
パターンが露光転写された材料に現状処理を施します。
この現状処理によって不要なレジストが除去され、金属が露出されます。
エッチング
エッチングマシーンなどを活用してエッチング液を吹き付けます。
露出した金属部分のみが腐食・融解されるため、原板通りのパターンに金属板が加工されます。
レジスト剥離
エッチング加工を施した後、金属板表面に残ったレジストによる保護部分を取り除きます。
検査
寸法検査・外観検査などの検査を行い、品質管理を実施します。
エッチング加工の種類
エッチング加工の種類として「ウェットエッチング」「ドライエッチング」についてご紹介します。
ウェットエッチング
ウェットエッチングは、酸やアルカリのエッチング液と呼ばれる溶液を加工対象物に触れさせることで、不要な部分を腐食・融解させて取り除く加工方法です。
プリント配線板・金属板・半導体素子などの製造に活用されています。
ウェットエッチングを行う装置は構造もシンプルで操作も複雑ではなく、比較的安価のため、導入ハードルやコスト面に優れています。
また、対象物へのダメージが比較的少ないことから、応用の幅を広げやすいという利点を持っています。
その他、一回で大量の基板を処理することができるという点も、ドライエッチングと比較した際の優位点として挙げられます。
また、ウェットエッチングにおいては、さらに等方性エッチングと異方性エッチングとに分類されます。
等方性エッチング
等方性エッチングでは、エッチング反応がすべての方向に均等に進行します。
例えば、反応が材料表面に近い箇所で開始した場合、腐食はすべての方向に進行し、しばしば材料の下に入り、下のレジストを侵食する結果となります。
この現象はアンダーカットとして知られ、材料の断面がU字型またはC字型に削られ、エッチングされたエッジが丸くなります。
等方性エッチングは反応速度が早いと起こります。
異方性エッチング
異方性エッチングは、エッチング反応が一方向にむかって進行するものです。
この方法により、エッジが鋭くなる加工が可能ですが、異方性エッチングを達成するには反応速度を制御しなければなりません。
要するに、等方性か異方性かはエッチングの反応速度に依存します。
これらの速度を制御するために、エッチング液の濃度、種類、温度、攪拌、およびその他の要因の組み合わせが重要です。
ドライエッチング
ドライエッチングは、真空環境でガスをプラズマ化したイオンを接触させることで化学反応を起こし、エッチングを施す加工方法です。
ウェットエッチングが等方性の加工であるのと比べて、ドライエッチングは異方性のエッチング加工を行えるという特徴があります。
その他、後工程において洗浄を必要としない点や、微細加工が可能であるというメリットがある一方で、ウェットエッチングと比較して装置が高価であるというデメリットもあります。
エッチング加工の利用用途
エッチング加工は様々な利用用途として活用されています。
非接触の加工方法のため、変形・バリ・カエリ・ひずみなどが生じない高精度の加工を施しやすいメリットを持っています。
エッチング加工の利用用途例
・金属薄板加工
・電子回路
・樹脂めっき
・版画/印刷
こちらの記事はevort様の記事を参照しております。
試作全国対応！
簡単・最短1時間お見積り
他、ブログ記事もご覧ください♪
動画の投稿もしておりますので良ければご覧ください♪
