【独自連載】回路基板製造プロセス研磨の基礎と最新動向(連載1)新しい「研磨」の世界が生まれました
一、はじめにです
「磨き」の技術は縄文時代から石器を磨くために使われ、今日でもほとんどのものに磨きがかけられています。研磨の用途もさまざまで、例えば装飾品に光沢を出したり、刃物で磨き上げて切れ味を高めたり、鏡面やサイズや形状の安定が求められるレンズ、シリコンウエハなどに使われます(表1参照)。

表1研磨の目的と用途

研磨方法は研磨対象(製品)や要求品質に応じて様々で、手磨きから研磨、研磨、砥輪研磨、フェルト研磨、電解研磨など様々な方法があります。品質には光沢、表面粗さ、清潔性、表面膜除去などが要求されます。

研磨には多くのノウハウがあると言われています。研磨対象(製品)の材質に合った研磨資材(研磨料、加工液、研磨工具など)の選択と、研磨対象(製品)に適した形状の選択、加工精度に合った研磨設備と作業の選択には深い知識と経験が必要です。かつて光学部品メーカーは研磨の技能や技術者を重宝し、ノウハウは家から出ないというルールがありました。今でも研磨品の良し悪しは技術者の技量と経験に任せています。

それでは、回路基板の製造プロセスで研磨は一体どのような役割を果たしますか?回路基板は復数の工程を経て作られており、ほぼすべての工程の前後で研磨が行われています。また、工程ごとに研磨対象(以下、基板)の形状や材質、品質要件が異なるため、研磨方法が異なることが必然となります。

研磨は、ドリル、メッキ、パターン転送などの主要な加工ではありませんが、回路基板の品質への影響が大きく、場合によっては致命的な欠陥を誘発する重要な工程です。回路基板製造プロセスの研磨は、表1に挙げた半導体ウェハーの研磨方法とは大きく異なり、その難易度は独特です。主な特徴は以下の通りです。

A、研磨対象は非常に薄い樹脂素材なので変形しやすいです(薄板の厚さは50μmと新札とほぼ同じです)。

B、研磨対象の表面材質は一つではなく、金属と樹脂の混合です。

C、研磨対象の表面に凹凸(輪郭)があり、それに沿って研磨しなければなりません。

D、研磨対象には「波紋」があり、波紋に沿って研磨しなければなりません。

近年では基板の導電パターンの微細化・高密度化、厚みのあるパターンの併存により研磨が難しくなっています。研磨設備やフェルトメーカーは、ある工程でどのような研磨設備、どのような治具に適したノウハウを公開しています。しかし、どの研磨方法、治具が原理を知っている製造エンジニアに適しているかについては、説明を求められることはほとんどありません。

この講義は一般の方のために、「なぜ」を念頭に置いて、基板製造プロセスにおける研磨の基礎知識、研磨の課題、開発働向を説明しています。

二、研磨の概要です

基板製造プロセスの研磨に入る前に「一般的な研磨」を説明します。

1.用語の「切削」「研削」「研磨」の違い

板材の机械加工には切削、研削、研磨など似たような用語が使われますが、加工内容は異なります。

1、切削:ドリル、旋盤などの刃物を使ってプレートを切削する加工です。使用する装置は工作机械、フライス盤、ボール盤です。

2、研削:砥石などを使って研削し、所定の寸法に達する加工を指します。砂帯や砥石を使って「研削」加工をしても、板の粗い表面やバリが所定の寸法に達します。使用する装置は表面研削盤です。

3、研磨:フェルトなどを使って「研磨」を行い、プレートの表面に所定の輪郭を形成させる加工です。板の形はほとんど変わりません。使用する装置はフェルトミル、ブラシミルなどです。

回路基板製造プロセスの穴開け・外形加工が「切削」、メッキ・パターン転送前後の表面処理が「研磨」です。しかし、各工程の研磨には適度な「研削」が必要です。そのため、基板製造プロセスの研削と研磨は境界なく連続しており、一般的に「研磨」と呼ばれています。

2.研磨の目的と用途

表1は主な研磨目的と用途をまとめたものです。研磨の用途は広く知られており、様々な研磨方法や評価基準があります。しかし、表には回路基板に関する記載がありません。近いのは「ボトムレイヤ処理」で、その評価基準は「清潔性」です。もちろん、回路基板製造プロセスのクリーン性も重要な品質項目です。この他にも、基板になくてはならないユニークなアイテムがたくさんあります。引き葉に記載されている研磨はすべて「同質材料の平面研磨」ですが、回路基板の研磨は金属と樹脂を混ぜた異質な材料、つまり上記A~Dの例です。

表1研磨の目的と用途

3.研磨用語です

表2は研磨に関する主な用語とその簡単な説明です。「研磨」という用語は一般的には「磨き」ですが、回路基板製造工程では鏡面を研磨するのではなく、表面の粗さを加工するのに最適なので、その意味で「表面処理」という用語が使われます。表面粗さとは比較的短い週期の凹凸のことで、Ra、Rzという数値で表され、比較的長い週期の表面のうねりを表面波紋と呼びます。

表2.研磨の用語です

出典:「プリント回路情報」549号(10月26日)です。