多層基板積層前のプラズマ洗浄の必要性

1. 背景と中核問題

多層PCBの製造では、ラミネーションによって内部コア、プリプレグ、銅箔が熱と圧力によって接合されます。ラミネーション前の表面に付着した汚染物質（油、酸化物、ほこりなど）は、次のような問題を引き起こします。

• 弱い界面接着: 剥離や膨れの原因となります。

• 信号品質の低下: 空隙により誘電損失 (Df) と信号反射が増加します。

• 熱機械信頼性の低下CTE の不一致により応力が集中し、疲労破壊が加速されます。

2. プラズマ洗浄のメカニズム

プラズマ洗浄では、イオン化ガス (O₂、N₂、Ar) を使用して、次のような反応性種 (電子、イオン、ラジカル) を生成します。

• 物理的な清掃：

  • イオン衝撃によりナノ粒子 (

  • 表面をエッチングして粗さを大きくします（Ra=0.5～2μm）。

• 化学修飾：

  • 有機物を酸化します（例：O₂プラズマは油をCO₂/H₂Oに分解します）。

  • 極性基（-OH、-COOH）を導入し、表面エネルギーを高めます（20～30→50～70 mN/m）。

• 表面活性化：

  • 樹脂の濡れ性を高めてプリプレグの流動性を向上させます。

3. 必要性分析

（１）界面結合の強化

• データ：剥離強度が0.5 kN/mから1.2～1.5 kN/mに増加します（IPC-TM-650 2.4.8）。

• 失敗の削減：剥離リスクが80％低下（SEM断面分析）。

（2）誘電性能の向上

• ボイドコントロール: 洗浄後の空隙面積は、従来の方法では 0.5～1% であったのに対し、X 線では 0.1% 未満でした。

• 信号損失の低減: 挿入損失は 10 GHz で 0.2～0.3 dB/cm 減少します。

（3）プロセスの安定性

• 均一: 複雑な構造 (ブラインドビア、微細トレース) をカバーします。

• エココンプライアンス: 強力な化学薬品 (H₂SO₄/H₂O₂) を置き換え、VOC/排水を削減します。

4. 主要なプロセスパラメータ

• ガスの選択：

  • 酸素: 有機物は効率的に除去されますが、銅が過剰に酸化される可能性があります。

  • Ar/N₂混合物: 敏感な材料の物理的なエッチング。

  • 水素: 微量酸化物を還元します。

• 力と時間：

  • RF電力：300～1000 W（チャンバーに依存）

  • 持続時間: 30～180 秒 (クリーニングとダメージのバランス)。

• 真空レベル：

  • ベース圧力

5. 費用対効果と業界検証

• コスト比較：

  方法	設備投資	運用コスト	効率
  プラズマ洗浄	高い	中くらい	高い
  化学洗浄	低い	高い	中くらい
  超音波	中くらい	中くらい	低い

• 標準：

  • IPC-6012 では界面強度 ≥ 0.8 kN/m が必要です。

  • 自動車 (AEC-Q200) および航空宇宙 (NASA-STD-8739) では表面前処理が義務付けられています。

6. 課題と解決策

• 課題1：銅の過剰酸化：

  • 解決：Ar/H₂混合物（4：1）は酸化を抑制します。

• 課題2：大型パネルの均一性：

  • 解決: マルチ電極アレイまたはコンベアシステム。

• 課題3：静電気：

  • 解決: イオナイザーが電荷を中和し、ほこりの付着を防ぎます。