Introduce patternformation methodology

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Introduction
Introduce the main factor of PCB whichis the pattern methodology for theelectricity conductor！
In general, it can be divided into 3 typesof processes.

1）Subtractive process
2）SAP process3）MSAP process
The detail of processes, please referfollowing pages. Please check it out！

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1）Subtractive process
OutlineThis is the most general method of Cu
pattern formation process.
Literally, the process is etching attached Cu
foil（by chemical solution partially）andremove unnecessarily parts.

Advantage

・Since the process is used long time, there area lot of know-how, raw materials,equipment, and sub-processes.
・The quality is very stable like above reasons.
・The cost can be cheaper.

Disadvantage

・It is not suitable for narrow
pattern formation.

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1）Subtractive process
Pattern formation process by the subtractive（Ex）：2 layer throw hole PCB）
1. Prepare the both side Cu foil attached（Copper-cored laminated）material.
Cu foilCore

2. Process a hole（Via）by mechanical drilling.

3. Make conductivity between top and bottom by Cu plating（＊1）on via side wall.

4. Fill in ﬁlling materials in the Via.

One of ﬁlling materials
objective is increasing
conductivity using Cu
paste and etc.

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【Remark】＊1：About Plating methodology
A：Electroplating

Deposition plating on PCB conductivity area by ﬂow
currents.
It can adjust thickness depending on current volume,
but “stronger current area（panel outer area）isgoing to be thicker and weaker current area（panelcenter area）is going to be thinner”, so there aresome disadvantages such as “plating thickness
valuation” and “Cannot plate on non conductivity
area（non contacted pads with other patterns）.

B：Electroless plating

A method of immersing a PCB in a chemicalsolution in which a metal is dissolved andprecipitating plating by a scientiﬁc reaction.
It has a more stable thickness than electrolytic
plating, and it is possible to plate evennon-conductive parts, but it is not suitable forforming thick plating, and the plating surface issmoother than electrolytic plating, so adhesion
is weaker with other materials.

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1）Subtractive process
Cu foilCore

Protection ﬁlm

5. Attach etching（＊2） resist（protection ﬁlm）on
both side for the pattern formation.

6. Based on the drawing, expose with opposite area by patterns（negative pattern）and cure for only desire remained resist area.
LightsourcePattern ﬁlm / drawing→Non ﬁlmed area canexpose and cure.

AA

Positive pattern

Negative pattern

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【Remark】＊2：About etching
The process of etching is using chemically removing for unnecessaryparts（unnecessary Cu foil area in this document）by a chemicalsolution. It can adjust how much removed by dipping time.
Since using chemical solution, it has tendency to be a trapezoid
shape after removing.
Chemicalsolution

If the trapezoid is huge, it may cause a short due toconnecting side of conductors. So each company has
know-how about to be closer to the square shape.
Trapezoid shape with next conductor→It may has a short risk after Ag plating!

Square shape with next conductor→Reduce a short risk and makenarrow（L/S）between conductors!

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1）Subtractive process
Cu foil

CoreProtection ﬁlm

7. Remove non cured etching resist by chemical solution dissolved.

Remove8. Patten formation using remained resist by etching.
Remove9. Remove all of etching resist and complete pattern process.

Checking pattern formation, it needs AOI（Auto Optical Inspection）
process as the next process.
This inspection method is comparing “drawing pattern” and “actualproduct pattern” by shadow. And if there is mismatch, it goes alarm.

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2）SAP Process
OutlineThis is a pattern formation method derived fromthe additive method, which is a method ofdepositing（adding）conductors on basematerials as opposed to the subtractive method.
Semi Additive Process is called SAP.

Advantage

・it can make narrow pitch patterns
・It is less Cu dissolving amount by etching.
・Cu plating material costs is lesser due to thinner etching layer.
・Less for ﬁlling hole printing process.

Disadvantage

・Conductor layer（Cu）and base materials are not adhesion well bylamination, so conductor layer is lower adhesive thansubtractive process.
・In case of apply ﬁlled via, there is a risk of the void in the via.

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2）SAP process
Pattern formation by SAP process（Ex）：2 layer throw hole PCB）
1. Prepare non both sides Cu foil core.
Core

2. Make via.

3. A thin（about 3μm）seeder layer is formed on both sides
and inside the via by electroless copper plating.
Cu foil

4. Plating resist formation on non conductor area.
Protection ﬁlm

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2）SAP process5. Deposition the pattern part by electrolytic Cu plating.
There is a void risk
when it has Inner via
plating（Filled via）!

6. Remove the plating resist.

7. Lightly etch the whole area for removing the seeder layer.

Since it has a etching, patterns canbe trapezoid shape, but it is not
subtractive process level.

8. Complete pattern formation and to the next AOI process…

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3）MSAP process
Outline

We call MSAP that is coming from Modiﬁed Semi Additive Process.
The biggest diﬀerence from SAP and MSAP is the method uses
electroless copper plating to form a seeder layer on the basematerial for SAP and MSAP has an ultra-thin copper foil attachedto the base material to be prepared from the beginning.

Advantage・Cu foil has already attached and seeder layer andadhesion is stronger than SAP seeder layer and basematerial. It comes improvement of connection reliability.
・It can form narrow pitch patterns like SAP.

Disadvantage

・Since it is used Cu foil on seeder layer, soetching amount is larger than SAP and it has
high diﬃculty to make SAP level narrowpatterns.

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3）MSAP process
Pattern formation for MSAP process（ Ex）：2 layer throw hole PCB）
1. Prepare non both sides Cu foil core.
Core

2. Attach thinner Cu foil on a core material.
Cu foil

3. Make via.

4. Plating formation into the via.

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3）MSAP process
5. Plating resist formation on non conductor area.
Protection ﬁlm

6. Deposition the pattern part by electrolytic Cu plating.
There is a void risk
when it has Inner viaplating（Filled via）!

7. Remove plating resist.

8. Lightly etch the whole area for removing the seeder layer.
Compared with SAP, etchingamount is larger, so L/S will
be larger than SAP process.
Inquiries / Quotation Request URL：https://www.daisho-denshi.co.jp/contact/

パターン形成方法ご紹介
はじめに基板の一番の要点ともいえる電気を伝える“導体”（＝パターン）の形成方法を紹介！
基本的に、下記3種の工程に分類が可能です。

1）サブトラクティブ工法
2）SAP工法
3）MSAP工法
詳細な工法は次ページより説明いたしますのでぜひご覧ください！

パターン形成方法ご紹介
1）サブトラクティブ工法
概要

もっとも一般的な基材上に銅のパターンを形成する方法です。
その名のとおり張り付けた銅箔をエッチング（薬液にて部分的に銅を溶かし除去する工程）にて、不要な部分を取り去る（サブトラクト＝Subtract＝減算）工法です。
＊短縮してサブトラと呼ぶ場合もあります。

メリット

・古くから使用されている工法であるためノウハウや対応の材料、設備、工程が多い。
・同様の理由により品質が安定している。
・コストを安価にすることができる。

デメリット

・細かいパターンを形成するには適さない。

パターン形成方法ご紹介
1）サブトラクティブ工法
サブトラクティブ工法でのパターン形成工程（＊例：2層貫通板の場合）
1. 両面に銅箔が張られた銅張積層板（材料）を用意。
銅箔コア材

2.ドリルにて穴（ビア）を形成。

3. ビアの内壁に銅めっき（＊1）を形成、表裏の導通を取る。

4. ビアに穴埋め材を充填。

穴埋め材には銅ペーストなどが使用され、ビアの導電性を向上させる目的もあります。

パターン形成方法ご紹介【補足】＊1：めっきの方法に関して
A：電解めっき

基板に電流を流し、基板上の導電部位にめっきを析出させる。
電流の多寡によって厚みなどを調節できるが「電流が強く流れる部分（パネル外周部）には厚く、弱く流れる部分（パネル中心部）には薄く析出するので、めっきの厚みにばらつきが出てしまう」点や「導電しない部分（ほかのパターンと接続していないパッド）にはめっきができない」など欠点もある。

B：無電解めっき

金属を溶解した薬液に基板を浸し、科学的な反応によりめっきを析出させる方法。電解めっきより安定した厚みとなり、導電しない部分にもめっきが可能だが、厚いめっきを形成する場合には適さず、まためっき表面も電解に比べ滑らかになってしまうため、ほかの材料などの接着（食い込み）が弱くなるという欠点もある。
【豆知識】
めっきは本来「鍍金」と書く
日本語由来の言葉なので、ひらがな表記が正式名称です！

パターン形成方法ご紹介
1）サブトラクティブ工法
銅箔

コア材

保護フィルム5. 両面に「パターン形成」用のエッチング（＊2）レジスト＝保護フィルムを張り付け。

6. 図面に沿ってパターンと逆の場所（ネガパターン）にて露光し、残したいレジスト部分のみを露光し硬化。
光源
パターンフィルム/図面→フィルムがない部分が露光され硬化する。

AA

ポジパターン

ネガパターン

パターン形成方法ご紹介【補足】＊2：エッチングに関してエッチングは不要な部分（この資料内では不要な銅箔）を薬液を使用し化学的に除去する工程。薬液に晒す時間などを調整し、どの程度まで除去するかを調整する。
薬液を使用するため、除去後の形状は台形（テーパー）になる傾向がある。
薬液

あまりに台形が大きいと、隣の導体とふれてしまいショート不良を起こす危険性があるため、各メーカーは四角形状に近づけるための各々のノウハウを持っている。
導体同士の距離が近い→金めっき後にショートのリスク！

導体の形状が四角に近い→ショートリスクを低減し、導体同士の距離（L/S）を狭められる！

パターン形成方法ご紹介
1）サブトラクティブ工法
銅箔

コア材

保護フィルム

7. 硬化していないエッチングレジストを薬液にて溶かし除去。

除去

8. 残ったレジストを元にエッチングにてパターン形成。
除去

9. 全てのエッチングレジストを除去し、パターン工程は完了。

パターンが問題なく形成されているかどうかを確認するため、次工程にて「AOI」（Auto Optical Inspection＝自動光学検査）をかけます。
この検査は「図面上のパターン」と「実製品上のパターン」
を陰影で比較し相違点があればアラームを挙げる方式です。

パターン形成方法ご紹介
2）SAP工法
概要

アディティブ法という「サブトラ工法とは逆に機材上に導体を析出させる（加える）工法」から派生したパターン形成方法です。
Semi Additive Processの頭文字を取りSAP（サップ）と呼びます。

メリット

・微細な配線の形成が可能である。
・エッチングによる銅の溶解量が少ない。
・エッチング層がうすいので銅めっきの材料費は減少する。
・穴うめ印刷の工程が少なくできる。

デメリット

・導体層（銅）と基材を積層にて接着していないので、サブトラに比べると導体層の接着が弱い。
・ビアにフィルドめっき（穴埋めめっき）適用時はビア内部にボイド（空洞）が発生するリスクがある。

パターン形成方法ご紹介
2）SAP工法
SAPによるパターン形成工程（＊例：2層貫通板の場合）
1. 両面に銅箔が無い積層板（材料）を用意。
コア材

2. ビアを形成。

3. 両面とビアの内部に無電解銅めっきにて薄い（3μm程度）のシーダー層を形成。
銅箔

4. 導体を形成しない部分にめっきレジストを形成。
保護フィルムパターン形成方法ご紹介
2）SAP工法
5. 電解銅めっきにてパターン部分を析出。
ビア内部のめっき（フィルドめっき）の際に、ビア内部にボイド（空洞）が発生するリスクあり！

6. めっきレジストを除去。

7. シーダー層を除去するため全体を軽くエッチング。

エッチングをかけるためパターンは若干テーパー形状となりますが、サブトラ時ほどではありません。

8. パターン形成完了。AOI工程へ…

パターン形成方法ご紹介
3）MSAP工法
概要

Modiﬁed Semi Additive Processの頭文字を取りMSAP（エムサップ）と呼びます。
SAP工法は基材上に無電解銅めっきにてシーダー層を形成するのに対し、MSAPでは用意する基材に最初から極薄の銅箔が張り付けてある点が最も大きな違いです。

メリット・銅箔がすでに形成されているため、SAPのシーダー層よりも基材との接着力が強く、接続信頼性の向上が可能。
・SAPと同様に微細なパターンを形成することが可能。

デメリット

・シーダー層に銅箔を使用するため、SAPに比べてエッチングの量が多くなり、SAPほどの微細配線を形成する難易度が上がる。

パターン形成方法ご紹介
3）MSAP工法
MSAPによるパターン形成工程（＊例：2層貫通板の場合）
1. 両面に銅箔が無い積層板（材料）を用意。
コア材

2. 薄い銅箔をコア材上に張り付ける。
銅箔

3. ビアを形成する。

4. ビア内部にめっきを形成する。

パターン形成方法ご紹介
3）MSAP工法
5. 導体を形成しない部分にめっきレジストを形成。
保護フィルム6. 電解銅めっきにてパターン部分を析出。

7. めっきレジストを除去。

ビア内部のめっき（フィルドめっき）の際に、ビア内部にボイド（空洞）が発生するリスクあり！

8. シーダー層を除去するため全体を軽くエッチング。
SAPと比較しエッチング量が多くなるため、L/SがSAP工程より大きくなります。
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