כפי שכולנו יודעים, המאפיינים הבסיסיים של PCB (לוח מעגלים מודפס) תלוי בביצועים של חומר המצע שלו. לכן, על מנת לשפר את הביצועים של לוח המעגלים, תחילה יש לייעל את הביצועים של חומר המצע. עד כה, חומרים חדשים שונים מפותחים ומיושמים כדי לעמוד בדרישות של טכנולוגיות חדשות ומגמות שוק.

בשנים האחרונות, המעגלים המודפסים עברו מהפך. השוק עבר בעיקר ממוצרי חומרה מסורתיים כמו מחשבים שולחניים לתקשורת אלחוטית כמו שרתים ומסופים ניידים. התקני תקשורת ניידים המיוצגים על ידי טלפונים חכמים קידמו את הפיתוח של PCB בעלי צפיפות גבוהה, קל משקל ורב תפקודיים. אם אין חומר מצע, ודרישות התהליך שלו קשורות קשר הדוק לביצועי ה-PCB, טכנולוגיית המעגל המודפס לעולם לא תתממש. לכן, לבחירת חומר המצע יש תפקיד חיוני במתן האיכות והאמינות של ה-PCB והמוצר הסופי.

ענה על הצרכים של צפיפות גבוהה וקמטוטים

•דרישות לרדיד נחושת

כל לוחות ה-PCB נעים לעבר צפיפות גבוהה יותר ומעגלים עדינים יותר, במיוחד HDI PCB (High Density Interconnect PCB). לפני עשר שנים, HDI PCB הוגדר כ-PCB, ורוחב הקו (L) ומרווח השורות (S) שלו היו 0.1 מ”מ או פחות. עם זאת, ערכי התקן הנוכחיים של L ו-S בתעשיית האלקטרוניקה יכולים להיות קטנים עד 60 מיקרומטר, ובמקרים מתקדמים, הערכים שלהם יכולים להיות נמוכים עד 40 מיקרומטר.

כיצד לקבוע את חומר מצע ה-PCB שלך

השיטה המסורתית ליצירת דיאגרמות מעגלים היא בתהליך ההדמיה והתחריט. עם יישום של מצעי רדיד נחושת דקים (בעובי בטווח של 9μm עד 12μm), הערך הנמוך ביותר של L ו-S מגיע ל-30μm.

בשל העלות הגבוהה של רדיד נחושת דק CCL (Copper Clad Laminate) ופגמים רבים בערימה, יצרני PCB רבים נוטים להשתמש בשיטת תחריט-רדיד נחושת, ועובי נייר הנחושת מוגדר ל-18μm. למעשה, שיטה זו אינה מומלצת מכיוון שהיא מכילה יותר מדי פרוצדורות, העובי קשה לשליטה ומוביל לעלויות גבוהות יותר. כתוצאה מכך, רדיד נחושת דק עדיף. בנוסף, כאשר ערכי L ו-S של הלוח הם פחות מ-20 מיקרומטר, רדיד הנחושת הסטנדרטי אינו פועל. לבסוף, מומלץ להשתמש בנייר נחושת דק במיוחד, כי ניתן לכוון את עובי הנחושת שלו בטווח של 3 מיקרומטר עד 5 מיקרומטר.

בנוסף לעובי של רדיד הנחושת, מעגלים דיוק נוכחיים דורשים גם משטח רדיד נחושת עם חספוס נמוך. על מנת לשפר את יכולת ההתקשרות בין רדיד הנחושת לחומר התשתית ולהבטיח את חוזק הקליפה של המוליך, מתבצע עיבוד גס במישור רדיד הנחושת, והחספוס הכללי של רדיד הנחושת גדול מ-5 מיקרומטר.

הטבעת רדיד נחושת דבשת כחומר הבסיס שואפת לשפר את חוזק הקילוף שלו. עם זאת, על מנת לשלוט על דיוק העופרת הרחק מחריטת יתר במהלך תחריט מעגלים, הוא נוטה לגרום למזהמי דבשת, אשר עלולים לגרום לקצר חשמלי בין קווים או לירידה ביכולת הבידוד, אשר משפיעה במיוחד על מעגלים עדינים. לכן, נדרש נייר נחושת בעל חספוס נמוך (פחות מ-3 מיקרומטר או אפילו 1.5 מיקרומטר).

למרות שהחספוס של רדיד הנחושת מצטמצם, עדיין יש צורך לשמור על חוזק הקילוף של המוליך, מה שגורם לטיפול משטח מיוחד על פני נייר הנחושת וחומר התשתית, המסייע להבטיח את חוזק הקילוף של מנצח.

• דרישות לבידוד לרבדים דיאלקטריים

אחד המאפיינים הטכניים העיקריים של HDI PCB טמון בתהליך הבנייה. בד RCC (נחושת מצופה שרף) או זכוכית אפוקסי קדם-פרג ולמינציה של רדיד נחושת בדרך כלל מובילים למעגלים עדינים. כעת הוא נוטה להשתמש ב-SAP וב-MSPA, שמשמעותם היישום של ציפוי נחושת ללא אלקטרו למינציה של סרט דיאלקטרי מבודד לייצור מטוסים מוליכים נחושת. מכיוון שמישור הנחושת דק, ניתן לייצר מעגלים עדינים.

אחת מנקודות המפתח של SAP היא למינציה של חומרים דיאלקטריים. על מנת לעמוד בדרישות של מעגלים דיוק בצפיפות גבוהה, יש להעלות כמה דרישות לחומרי למינציה, לרבות תכונות דיאלקטריות, בידוד, עמידות בחום והדבקה, כמו גם יכולת הסתגלות טכנית התואמת ל-HDI PCB.

באריזה גלובלית מוליכים למחצה, מצעי אריזת IC מומרים ממצעים קרמיים למצעים אורגניים. הגובה של מצעי אריזות FC הולך וקטן, כך שהערך האופייני הנוכחי של L ו-S הוא 15 מיקרומטר, והוא יהיה קטן יותר.

הביצועים של מצעים רב-שכבתיים צריכים להדגיש תכונות דיאלקטריות נמוכות, התפשטות תרמית מקדם נמוך (CTE) ועמידות בחום גבוהה, המתייחסת למצעים בעלות נמוכה העומדים ביעדי הביצועים. כיום, טכנולוגיית ערימה דיאלקטרית של בידוד MSPA משולבת עם רדיד נחושת דק לשימוש בייצור המוני של מעגלים מדויקים. SAP משמש לייצור דפוסי מעגלים עם ערכי L ו-S של פחות מ-10 מיקרומטר.

הצפיפות הגבוהה והדקיקות של PCB גרמו ל-HDI PCB לעבור מלמינציה עם ליבות לליבות של כל שכבה. עבור PCBs HDI עם אותה פונקציה, השטח והעובי של PCBs המחוברים זה לזה בכל שכבה מופחתים ב-25% בהשוואה לאלה עם למינציה הליבה. יש צורך ליישם שכבה דיאלקטרית דקה יותר עם תכונות חשמליות טובות יותר בשני PCBs HDI אלה.

דורש ייצוא מתדר גבוה ומהירות גבוהה

טכנולוגיית התקשורת האלקטרונית נעה בין קווית לאלחוטית, בין תדר נמוך ומהירות נמוכה לתדר גבוה ומהירות גבוהה. הביצועים של סמארטפונים התפתחו מ-4G ל-5G, הדורשים מהירויות שידור מהירות יותר ונפחי שידור גדולים יותר.

כניסתו של עידן מחשוב הענן העולמי הובילה לעלייה מרובה בתעבורת הנתונים, וישנה מגמה ברורה לציוד תקשורת בתדר גבוה ובמהירות גבוהה. על מנת לעמוד בדרישות של שידור בתדר גבוה ובמהירות גבוהה, בנוסף להפחתת הפרעות וצריכת האות, שלמות האות והייצור תואמים את דרישות התכנון של עיצוב PCB, חומרים בעלי ביצועים גבוהים הם המרכיב החשוב ביותר.

התפקיד העיקרי של מהנדס הוא להפחית את המאפיינים של אובדן אות חשמלי כדי להגביר את מהירות ה-PCB ולפתור בעיות שלמות האות. בהתבסס על שירותי ייצור של יותר מעשר שנים של PCBCart, כגורם מפתח המשפיע על בחירת חומר המצע, כאשר הקבוע הדיאלקטרי (Dk) נמוך מ-4 וההפסד הדיאלקטרי (Df) נמוך מ-0.010, הוא נחשב כאל למינציה Dk/Df ביניים כאשר Dk נמוך מ-3.7 ו-Df נמוך מ-0.005, היא נחשבת לרבד Dk/Df נמוך. נכון לעכשיו, מגוון חומרי מצע זמינים בשוק.

עד כה, ישנם בעיקר שלושה סוגים של חומרי מצע מעגלים בתדר גבוה בשימוש נפוץ: שרפים על בסיס פלואור, שרפים PPO או PPE ושרף אפוקסי שונה. מצעים דיאלקטריים מסדרת פלואור, כגון PTFE, הם בעלי המאפיינים הדיאלקטריים הנמוכים ביותר והם משמשים בדרך כלל למוצרים עם תדר של 5 GHz ומעלה. מצע שרף האפוקסי המשתנה FR-4 או PPO מתאים למוצרים עם טווח תדרים של 1GHz עד 10GHz.

בהשוואה בין שלושת חומרי המצע בתדירות גבוהה, לשרף אפוקסי יש את המחיר הנמוך ביותר, אם כי לשרף הפלואור יש את המחיר הגבוה ביותר. במונחים של קבוע דיאלקטרי, אובדן דיאלקטרי, ספיגת מים ומאפייני תדר, שרפים מבוססי פלואור מתפקדים בצורה הטובה ביותר, בעוד שרפי אפוקסי מתפקדים גרועים יותר. כאשר התדר המופעל על ידי המוצר גבוה מ-10GHz, רק השרף המבוסס על פלואור יעבוד. החסרונות של PTFE כוללים עלות גבוהה, קשיחות ירודה ומקדם התפשטות תרמית גבוה.

עבור PTFE, חומרים אנאורגניים בתפזורת (כגון סיליקה) יכולים לשמש כחומרי מילוי או בד זכוכית כדי לשפר את קשיחות חומר המצע ולהפחית את מקדם ההתפשטות התרמית. בנוסף, בגלל האינרטיות של מולקולות ה-PTFE, קשה למולקולות ה-PTFE להיקשר לרדיד הנחושת, ולכן יש לממש טיפול פני שטח מיוחד התואם לרדיד הנחושת. שיטת הטיפול היא ביצוע תחריט כימי על פני הפוליטטראפלואורואתילן להגברת חספוס פני השטח או הוספת סרט דבק להגברת יכולת ההידבקות. עם היישום של שיטה זו, המאפיינים הדיאלקטריים עשויים להיות מושפעים, ויש לפתח עוד את כל מעגל התדר הגבוה המבוסס על פלואור.

שרף מבודד ייחודי המורכב משרף אפוקסי שונה או PPE ו-TMA, MDI ו-BMI, בתוספת בד זכוכית. בדומה ל-FR-4 CCL, יש לו גם עמידות בחום ותכונות דיאלקטריות מצוינות, חוזק מכני ויכולת ייצור של PCB, כל אלה הופכים אותו לפופולרי יותר מאשר מצעים מבוססי PTFE.

בנוסף לדרישות הביצועים של חומרי בידוד כגון שרפים, חספוס פני השטח של נחושת כמוליך הוא גם גורם חשוב המשפיע על אובדן שידור האות, שהוא תוצאה של אפקט העור. ביסודו של דבר, אפקט העור הוא שהאינדוקציה האלקטרומגנטית שנוצרת על העברת האות בתדר גבוה וההובלה האינדוקטיבית הופכת מרוכזת כל כך במרכז שטח החתך של העופרת, וזרם ההנעה או האות מתמקדים ב- פני השטח של העופרת. לחספוס פני השטח של המוליך תפקיד מרכזי בהשפעה על אובדן אות השידור, וחספוס נמוך מוביל לאובדן קטן מאוד.

באותו תדר, חספוס פני השטח הגבוה של נחושת יגרום לאובדן אות גבוה. לכן, יש לשלוט בחספוס של נחושת פני השטח בייצור בפועל, והוא צריך להיות נמוך ככל האפשר מבלי להשפיע על הידבקות. יש להקדיש תשומת לב רבה לאותות בטווח התדרים של 10 GHz ומעלה. החספוס של רדיד נחושת נדרש להיות פחות מ-1μm, ועדיף להשתמש בנייר נחושת אולטרה-שטחי עם חספוס של 0.04μm. יש לשלב את חספוס פני השטח של רדיד הנחושת עם טיפול חימצון מתאים ומערכת שרף מליטה. בעתיד הקרוב, עשוי להיות רדיד נחושת ללא שרף מצופה פרופיל, בעל חוזק קילוף גבוה יותר כדי למנוע את הפגיעה בהפסד הדיאלקטרי.

דורש עמידות תרמית גבוהה ופיזור גבוה

עם מגמת הפיתוח של מזעור ופונקציונליות גבוהה, ציוד אלקטרוני נוטה לייצר יותר חום, כך שדרישות הניהול התרמי של ציוד אלקטרוני הופכות תובעניות יותר ויותר. אחד הפתרונות לבעיה זו טמון במחקר ופיתוח של PCBs מוליכים תרמית. התנאי הבסיסי לביצועים טובים של PCB מבחינת עמידות ופיזור בחום הוא עמידות החום ויכולת הפיזור של המצע. השיפור הנוכחי במוליכות התרמית של PCB טמון בשיפור של שרף ותוספת מילוי, אך הוא עובד רק בקטגוריה מוגבלת. השיטה האופיינית היא להשתמש ב-IMS או PCB ליבת מתכת, הפועלים כגופי חימום. בהשוואה לרדיאטורים ומאווררים מסורתיים, לשיטה זו יש את היתרונות של גודל קטן ועלות נמוכה.

אלומיניום הוא חומר אטרקטיבי מאוד עם יתרונות של משאבים בשפע, עלות נמוכה ומוליכות תרמית טובה. וגם אינטנסיביות. בנוסף, הוא כל כך ידידותי לסביבה שהוא משמש את רוב מצעי המתכת או ליבות המתכת. בשל יתרונות החיסכון, חיבור חשמלי אמין, מוליכות תרמית וחוזק גבוה, נעשה שימוש במעגלים מבוססי אלומיניום ללא הלחמה וללא עופרת במוצרי צריכה, רכב, אספקה ​​צבאית ומוצרי תעופה וחלל. אין ספק שהמפתח לעמידות החום ולביצועי הפיזור של מצע המתכת טמון בהיצמדות בין לוחית המתכת למישור המעגל.

כיצד לקבוע את חומר המצע של ה-PCB שלך?

בעידן האלקטרוני המודרני, המזעור והרזון של מכשירים אלקטרוניים הובילו להופעתם של PCBs קשיחים ו-PCB גמישים/נוקשים. אז איזה סוג חומר מצע מתאים להם?

שטחי יישום מוגברים של PCBs קשיחים ו-PCB גמישים/נוקשים הביאו דרישות חדשות מבחינת כמות וביצועים. לדוגמה, ניתן לסווג סרטי פוליאמיד לקטגוריות שונות, כולל שקוף, לבן, שחור וצהוב, עם עמידות גבוהה בחום ומקדם התפשטות תרמית נמוך ליישום במצבים שונים. באופן דומה, מצע סרט הפוליאסטר החסכוני יתקבל על ידי השוק בשל גמישותו הגבוהה, יציבות המימדים, איכות פני הסרט, צימוד פוטואלקטרי ועמידות סביבתית, כדי לענות על הצרכים המשתנים של המשתמשים.

בדומה ל-HDI PCB קשיח, PCB גמיש חייב לעמוד בדרישות של העברת אותות במהירות גבוהה ובתדר גבוה, ויש לשים לב לקבוע הדיאלקטרי ולאובדן הדיאלקטרי של חומר המצע הגמיש. המעגל הגמיש יכול להיות מורכב מפוליטטראפלואורואתילן ומצע פוליאימיד מתקדם. ניתן להוסיף אבק אנאורגני וסיבי פחמן לשרף הפוליאימיד כדי ליצור מצע גמיש תלת-שכבתי המוליך תרמית. חומר המילוי האנאורגני עשוי להיות ניטריד אלומיניום, תחמוצת אלומיניום או ניטריד בורון משושה. סוג זה של חומר מצע בעל מוליכות תרמית של 1.51W/mK, יכול לעמוד בפני מתח של 2.5kV ועקמומיות של 180 מעלות.