光化学加工

光化学加工( PCM ) は、光化学ミリングまたはフォトエッチングとも呼ばれ、フォトレジストとエッチング剤を使用して腐食加工し、選択した領域を削り取ることで板金部品を製造する化学ミリングプロセスです。このプロセスは、プリント回路基板業界から派生した技術として 1960 年代に登場しました。フォトエッチングは、非常に精細なディテールを備えた非常に複雑な部品を正確かつ経済的に製造できます。

このプロセスは、薄型精密部品のスタンピング、パンチング、レーザーまたはウォータージェット切断、またはワイヤ放電加工(EDM) に代わる経済的な代替手段となります。ツールは安価で、迅速に製造できます。このため、このプロセスは試作に役立ち、大量生産での変更も容易です。寸法公差が維持され、バリや鋭いエッジは発生しません。図面を受け取ってから数時間で部品を製造できます。

PCM は、市販されているほぼすべての金属や合金、硬度に使用できます。厚さ 0.0005 ～ 0.080 インチ (0.013 ～ 2.032 mm) の材料に限定されます。使用できる金属には、アルミニウム、真鍮、銅、インコネル、マンガン、ニッケル、銀、鋼、ステンレス鋼、亜鉛、チタンなどがあります。

光化学加工は写真彫刻の一種であり、微細加工における同様のプロセスはフォトリソグラフィーと呼ばれます。

このプロセスは、光学的に透明で寸法的に安定した写真フィルムに部品の形状を印刷することから始まります。「フォトツール」は、部品のネガ画像を表示するこのフィルムの2枚のシートで構成されています（つまり、部品になる部分は透明で、エッチングされるすべての領域は黒です）。2枚のシートは光学的および機械的に登録され、ツールの上部と下部を形成します。^[1]

金属板はサイズに合わせて切断され、洗浄された後、両面に紫外線に敏感なフォトレジストがラミネートされます。コーティングされた金属はフォトツールの 2 枚のシートの間に置かれ、真空にされてフォトツールと金属板が密着します。次に、プレートを紫外線にさらして、フィルムの透明部分にあるレジスト部分を硬化させます。露光後、プレートは「現像」され、露光されていないレジストが洗い流され、エッチングされる部分が保護されないままになります。

エッチング ラインは、プレートを移動するための駆動輪コンベアとプレートの上下にスプレー ノズルのアレイを備えた、複数のチャンバーを備えたマシンです。エッチング液は通常、酸の水溶液 (塩化鉄など)で、加熱され、圧力をかけられた状態でプレートの両面に吹き付けられます。エッチング液は保護されていない金属と反応し、金属を急速に腐食させます。中和および洗浄後、残ったレジストを除去し、部品シートを洗浄して乾燥させます。

幅広い合金の薄いゲージ（0.050 インチ（1.3 mm）未満）の部品がフォトエッチングの対象となります。

工業用途には、微細スクリーンおよびメッシュ、開口部およびマスク、バッテリーグリッド、燃料電池コンポーネント、センサー、スプリング、圧力膜、ヒートシンク、フレキシブル加熱要素、RFおよびマイクロ波回路およびコンポーネント、半導体リードフレーム、モーターおよび変圧器の積層、金属ガスケットおよびシール、シールドおよびリテーナー、電気接点、エンコーダーおよび光チョッパー、EMI/RFIシールド、宝石およびワッシャーが含まれます。

フォトツールは、迅速かつ安価に製造できます。ほとんどのフォトツールのコストは 350 ドル未満で、2 日以内で製造できます。スタンピング ダイやパンチングダイなどの「ハード」ツールとは異なり、フォトツールは光にのみさらされるため、摩耗しません。スタンピングやファイン ブランキング用のハード ツールはコストがかかるため、費用を正当化するにはかなりの量が必要です。半導体リードフレームなどの一部の部品は非常に複雑で壊れやすいため、数百万個という量にもかかわらず、フォト エッチングでしか製造できません。

PCM では、労働の単位はシートです。したがって、部品のサイズと寸法公差に合わせて、可能な限り最大のシート サイズを計画するのが最も経済的です。シートあたりの部品数が多いほど、部品あたりの単位労働コストは低くなります。

材料の厚さは、エッチングにかかる​​時間の長さに応じてコストに影響します。ほとんどの合金は、片面あたり毎分 0.0005～0.001 インチ (0.013～0.025 mm) の深さでエッチングされます。

一般的に、厚さが最大 ​​0.020 インチ (0.51 mm) の鋼、銅、またはアルミニウムのワークピースの場合、部品コストは 1 平方インチあたり約 0.15 ～ 0.20 ドルになります。部品の形状が複雑になるにつれて、CNC パンチング、レーザーまたはウォータージェット切断、放電加工などの連続プロセスよりも光化学加工の方が経済的に有利になります。

• デガーモ、E. ポール; ブラック、J. T.; コーサー、ロナルド A. (2003)、製造における材料とプロセス(第 9 版)、Wiley、ISBN 0-471-65653-4。