המאפיינים הבסיסיים של המעגל המודפס תלויים בביצועים של לוח המצע.כדי לשפר את הביצועים הטכניים של המעגל המודפס, יש לשפר תחילה את הביצועים של לוח מצע המעגל המודפס.על מנת לענות על צורכי הפיתוח של המעגל המודפס, חומרים חדשים שונים זה מפותח בהדרגה ונכנס לשימוש.

בשנים האחרונות, שוק ה-PCB העביר את המיקוד ממחשבים לתקשורת, לרבות תחנות בסיס, שרתים ומסופים ניידים.התקני תקשורת ניידים המיוצגים על ידי סמארטפונים הניעו את ה-PCB לצפיפות גבוהה יותר, דקה יותר ותפקודית גבוהה יותר.טכנולוגיית מעגלים מודפסים אינה ניתנת להפרדה מחומרי המצע, אשר כרוכה גם בדרישות הטכניות של מצעי PCB.התוכן הרלוונטי של חומרי המצע מאורגן כעת במאמר מיוחד לעיון התעשייה.

1 הדרישה לצפיפות גבוהה וקווים עדינים

1.1 ביקוש לרדיד נחושת

לוחות PCB מתפתחים כולם לקראת פיתוח בצפיפות גבוהה ובקו דק, ולוחות HDI בולטים במיוחד.לפני עשר שנים, IPC הגדיר את לוח ה-HDI כרוחב/מרווח קווים (L/S) של 0.1 מ"מ/0.1 מ"מ ומטה.כעת התעשייה משיגה בעצם L/S קונבנציונלי של 60μm, ו-L/S מתקדם של 40μm.גרסת 2013 של יפן לנתוני מפת הדרכים של טכנולוגיית ההתקנה היא שבשנת 2014, ה-L/S הקונבנציונלי של לוח HDI היה 50 מיקרומטר, ה-L/S המתקדם היה 35 מיקרומטר, וה-L/S שהופק בניסוי היה 20 מיקרומטר.

יצירת דפוס מעגל PCB, תהליך התחריט הכימי המסורתי (שיטה חיסורית) לאחר צילום הדמיה על מצע רדיד הנחושת, הגבול המינימלי של שיטת החיסור לייצור קווים עדינים הוא כ-30 מיקרומטר, ונדרש מצע דק נחושת (9 ~ 12 מיקרומטר).בשל המחיר הגבוה של רדיד נחושת דק CCL והפגמים הרבים בלמינציה של רדיד נחושת דק, מפעלים רבים מייצרים רדיד נחושת 18μm ולאחר מכן משתמשים בתחריט כדי לדלל את שכבת הנחושת במהלך הייצור.לשיטה זו תהליכים רבים, בקרת עובי קשה ועלות גבוהה.עדיף להשתמש בנייר נחושת דק.בנוסף, כאשר מעגל ה-PCB L/S קטן מ-20 מיקרומטר, בדרך כלל קשה לטפל ברדיד הנחושת הדק.זה דורש רדיד נחושת דק במיוחד (3~5μm) ורדיד נחושת דק במיוחד המחובר למנשא.

בנוסף לרדידי נחושת דקים יותר, הקווים העדינים הנוכחיים דורשים חספוס נמוך על פני נייר הנחושת.בדרך כלל, על מנת לשפר את כוח ההדבקה בין רדיד הנחושת למצע ולהבטיח את חוזק הקילוף של המוליך, שכבת רדיד הנחושת מחוספסת.החספוס של רדיד הנחושת הרגיל גדול מ-5 מיקרומטר.הטבעת הפסגות הגסות של רדיד הנחושת לתוך המצע משפרת את התנגדות הקילוף, אך על מנת לשלוט על דיוק החוט במהלך תחריט הקו, קל להשאיר את פסגות המצע ההטבעה, מה שגורם לקצרים בין הקווים או ירידה בבידוד. , וזה חשוב מאוד לקמטים עדינים.הקו רציני במיוחד.לכן נדרשים רדיד נחושת עם חספוס נמוך (פחות מ-3 מיקרומטר) וחספוס נמוך עוד יותר (1.5 מיקרומטר).

1.2 הביקוש ליריעות דיאלקטריות למינציה

המאפיין הטכני של לוח HDI הוא שתהליך ההצטברות (BuildingUpProcess), רדיד הנחושת המצופה בשרף הנפוץ (RCC), או השכבה המשולבת של בד זכוכית אפוקסי מכוסה למחצה ורדיד נחושת קשה להשיג קווים עדינים.כיום נוטים לאמץ את השיטה התוספת למחצה (SAP) או השיטה המשופרת למחצה מעובדת (MSAP), כלומר, סרט דיאלקטרי מבודד משמש לערום, ולאחר מכן נעשה שימוש בציפוי נחושת ללא חשמל ליצירת נחושת שכבת מנצח.מכיוון ששכבת הנחושת דקה במיוחד, קל ליצור קווים עדינים.

אחת מנקודות המפתח של השיטה החצי-מוספית היא החומר הדיאלקטרי המשולב.על מנת לעמוד בדרישות של קווים עדינים בצפיפות גבוהה, החומר הלמינציה מציג את הדרישות של תכונות חשמליות דיאלקטריות, בידוד, עמידות בחום, כוח מליטה וכו', כמו גם את יכולת הסתגלות התהליך של לוח HDI.כיום, חומרי המדיה למינציה HDI הבינלאומיים הם בעיקר מוצרי סדרת ABF/GX של חברת Japan Ajinomoto, המשתמשים בשרף אפוקסי עם חומרי ריפוי שונים כדי להוסיף אבקה אנאורגנית כדי לשפר את קשיחות החומר ולהפחית את ה-CTE, ובד סיבי זכוכית משמש גם להגברת הקשיחות..ישנם גם חומרים דומים למינציה של סרט דק של חברת Sekisui Chemical מיפן, וגם המכון למחקר טכנולוגי תעשייתי של טייוואן פיתח חומרים כאלה.חומרי ABF גם משופרים ומפותחים ללא הרף.הדור החדש של חומרים למינציה דורש במיוחד חספוס משטח נמוך, התפשטות תרמית נמוכה, אובדן דיאלקטרי נמוך וחיזוק קשיח דק.

באריזת המוליכים למחצה העולמית, מצעי אריזת IC החליפו מצעים קרמיים במצעים אורגניים.הגובה של מצעי אריזות Flip Chip (FC) הולך וקטן.כעת רוחב השורות/מרווח השורות הטיפוסי הוא 15 מיקרומטר, והוא יהיה דק יותר בעתיד.הביצועים של הספק הרב-שכבתי דורשים בעיקר תכונות דיאלקטריות נמוכות, מקדם התפשטות תרמית נמוך ועמידות בחום גבוהה, וחתירה אחר מצעים בעלות נמוכה על בסיס עמידה ביעדי ביצועים.כיום, ייצור המוני של מעגלים עדינים מאמץ בעצם את תהליך ה-MSPA של בידוד למינציה ורדיד נחושת דק.השתמש בשיטת SAP לייצור דפוסי מעגלים עם L/S פחות מ-10μm.

כאשר PCBs הופכים צפופים יותר ודקים יותר, טכנולוגיית לוח HDI התפתחה מרבדים המכילים ליבה לרבדים נטולי ליבה של Anylayer interconnection (Anylayer).לוחות HDI למינציה למינציה עם אותה פונקציה טובים יותר מלוחות HDI למינציה המכילים ליבות.ניתן להקטין את השטח והעובי בכ-25%.אלה חייבים להשתמש בדלל ולשמור על תכונות חשמליות טובות של השכבה הדיאלקטרית.

2 דרישה לתדר גבוה ולמהירות גבוהה

טכנולוגיית התקשורת האלקטרונית נעה בין קווית לאלחוטית, בין תדר נמוך ומהירות נמוכה לתדר גבוה ומהירות גבוהה.ביצועי הטלפון הנייד הנוכחיים נכנסו ל-4G וינועו לכיוון 5G, כלומר מהירות שידור מהירה יותר ויכולת שידור גדולה יותר.כניסתו של עידן מחשוב הענן העולמי הכפילה את תעבורת הנתונים, וציוד תקשורת בתדר גבוה ובמהירות גבוהה הוא מגמה בלתי נמנעת.PCB מתאים לשידור בתדר גבוה ובמהירות גבוהה.בנוסף להפחתת הפרעות אות ואובדן בתכנון המעגל, שמירה על שלמות האות ושמירה על ייצור PCB כדי לעמוד בדרישות התכנון, חשוב שיהיה מצע בעל ביצועים גבוהים.

על מנת לפתור את הבעיה של הגברת מהירות PCB ושלמות האות, מהנדסי תכנון מתמקדים בעיקר במאפייני אובדן אות חשמלי.גורמי המפתח לבחירת המצע הם הקבוע הדיאלקטרי (Dk) וההפסד הדיאלקטרי (Df).כאשר Dk נמוך מ-4 ו-Df0.010, מדובר בלמינציה Dk/Df בינונית, וכאשר Dk נמוך מ-3.7 ו-Df0.005 נמוך יותר, מדובר ברבדים בדרגת Dk/Df נמוכה, כעת יש מגוון של מצעים להיכנס לשוק לבחירה.

כיום, המצעים הנפוצים ביותר של לוחות מעגלים בתדר גבוה הם בעיקר שרפים מבוססי פלואור, שרפים פוליפנילן אתר (PPO או PPE) ושרף אפוקסי שונה.מצעים דיאלקטריים מבוססי פלואור, כגון פולי-טטרה-פלואורואתילן (PTFE), הם בעלי המאפיינים הדיאלקטריים הנמוכים ביותר והם משמשים בדרך כלל מעל 5 GHz.ישנם גם מצעי אפוקסי FR-4 או PPO שונה.

בנוסף לשרף שהוזכרו לעיל וחומרי בידוד אחרים, חספוס פני השטח (פרופיל) של נחושת המוליך הוא גם גורם חשוב המשפיע על אובדן שידור האות, המושפע מהשפעת העור (SkinEffect).אפקט העור הוא האינדוקציה האלקטרומגנטית שנוצרת בחוט במהלך העברת אותות בתדר גבוה, וההשראות גדולה במרכז קטע החוט, כך שהזרם או האות נוטים להתרכז על פני החוט.חספוס פני השטח של המוליך משפיע על אובדן אות השידור, ואובדן משטח חלק קטן.

באותה תדר, ככל שהחספוס של משטח הנחושת גדול יותר, כך אובדן האות גדול יותר.לכן, בייצור בפועל, אנו מנסים לשלוט על החספוס של עובי הנחושת של פני השטח ככל האפשר.החספוס קטן ככל האפשר מבלי להשפיע על כוח ההדבקה.במיוחד לאותות בטווח מעל 10 גיגה-הרץ.ב-10GHz, חספוס רדיד הנחושת צריך להיות פחות מ-1μm, ועדיף להשתמש בנייר נחושת סופר מישורי (חספוס פני השטח 0.04μm).גם חספוס פני השטח של רדיד נחושת צריך להיות משולב עם טיפול חמצון מתאים ומערכת שרף מליטה.בעתיד הקרוב, יהיה רדיד נחושת מצופה שרף כמעט ללא קווי מתאר, שיכול להיות בעל חוזק קילוף גבוה יותר ולא ישפיע על ההפסד הדיאלקטרי.