המאפיינים הבסיסיים של לוח המעגל המודפס תלויים בביצועים של לוח המצע. כדי לשפר את הביצועים הטכניים של לוח המעגלים המודפס, יש לשפר תחילה את ביצועי לוח המצע המודפס במעגל המודפס. על מנת לענות על צרכי פיתוח לוח המעגלים המודפס, חומרים חדשים שונים הוא מפותח בהדרגה ומושמש לשימוש.

בשנים האחרונות, שוק ה- PCB העביר את המיקוד שלו ממחשבים לתקשורת, כולל תחנות בסיס, שרתים ומסופים ניידים. מכשירי תקשורת ניידים המיוצגים על ידי סמארטפונים הניעו PCBs לצפיפות גבוהה יותר, רזה יותר וגבוהה יותר. טכנולוגיית מעגלים מודפסת אינה ניתנת להפרדה מחומרי מצע, הכוללת גם את הדרישות הטכניות של מצעי PCB. התוכן הרלוונטי של חומרי המצע מאורגן כעת למאמר מיוחד לעיון הענף.

1 הביקוש לצפיפות גבוהה וקו עדין

1.1 דרישה לסכל נחושת

PCBs מתפתחים כולם לקראת פיתוח בצפיפות גבוהה וקו דק, ולוחות HDI בולטים במיוחד. לפני עשר שנים, IPC הגדירה את לוח ה- HDI כרוחב קו/מרווח קו (L/S) של 0.1 מ"מ/0.1 מ"מ ומטה. כעת התעשייה משיג L/S קונבנציונאלי של 60 מיקרומטר, ו- L/S מתקדמים של 40 מיקרומטר. גרסת יפן לשנת 2013 של נתוני מפת הדרכים של טכנולוגיית ההתקנה היא שבשנת 2014, ה- L/S המקובל של לוח ה- HDI היה 50 מיקרומטר, ה- L/S המתקדם היה 35 מיקרומטר, וה- L/S המיוצר על ידי הניסוי היה 20 מיקרומטר.

היווצרות דפוס מעגלי PCB, תהליך התחריט הכימי המסורתי (שיטת חיסור) לאחר סיבוב פוטו על מצע נייר הנחושת, המגבלה המינימלית של השיטה החיסונית לייצור קווים עדינים היא כ- 30 מיקרומטר, ונדרש מצע סכל נחושת דק (9 ~ 12 מיקרומטר). בשל המחיר הגבוה של CCL של נייר כסף נחושת דק והפגמים הרבים במינציה של נייר כסף דק, מפעלים רבים מייצרים נייר נחושת 18 מיקרומטר ואז משתמשים בתחריט כדי לדלל את שכבת הנחושת במהלך הייצור. לשיטה זו תהליכים רבים, בקרת עובי קשה ועלות גבוהה. עדיף להשתמש בסכל נחושת דק. בנוסף, כאשר מעגל ה- PCB L/S הוא פחות מ 20 מיקרומטר, בדרך כלל קשה לטפל בסכל הנחושת הדק. זה דורש מצע נייר כסף נחושת דק במיוחד (3 ~ 5 מיקרומטר) ונייר נחושת דק במיוחד המחובר למנשא.

בנוסף לנייר נחושת דק יותר, הקווים העדינים הנוכחיים דורשים חספוס נמוך על פני נייר הנחושת. באופן כללי, על מנת לשפר את כוח ההדבקה בין נייר הכסף הנחושת למצע ולהבטיח את חוזק הקילוף של המוליך, שכבת נייר הנחושת מחוסמת. החספוס של נייר הנחושת המקובל גדול מ- 5 מיקרומטר. הטמעת הפסגות הגסות של נייר הנחושת במצע משפרת את עמידות הקילוף, אך על מנת לשלוט על דיוק החוט במהלך תחריט הקו, קל להשאיר את פסגות המצע להטמעה, מה שנשאר, וגורם למעגלים קצרים בין הקווים או ירידה בידוד, החשוב מאוד לקווים עדינים. הקו רציני במיוחד. לפיכך, נדרשים נייר נחושת עם חספוס נמוך (פחות מ -3 מיקרומטר) ואף חספוס נמוך יותר (1.5 מיקרומטר).

1.2 הביקוש לגיליונות דיאלקטריים למינציה

המאפיין הטכני של לוח HDI הוא שתהליך ההצטברות (בניית מעמד), נייר הנחושת הנפוץ לשרף (RCC), או השכבה למינציה של בד זכוכית אפוקסי מרפא למחצה ונייר נחושת קשה להשיג קווים דקים. נכון לעכשיו, השיטה החצי-תוספת (SAP) או השיטה המשופרת למחצה (MSAP) נוטה לאמץ, כלומר סרט דיאלקטרי מבודד משמש לערימה, ואז משתמשים בציפוי נחושת ללא חשמל ליצירת שכבת מוליך נחושת. מכיוון ששכבת הנחושת דקה במיוחד, קל ליצור קווים עדינים.

אחת מנקודות המפתח בשיטה החצי-תוספת היא החומר הדיאלקטרי למינציה. על מנת לעמוד בדרישות של קווים עדינים בצפיפות גבוהה, החומר למינציה מציב את הדרישות של תכונות חשמליות דיאלקטריות, בידוד, עמידות בפני חום, כוח מליטה וכו ', כמו גם את יכולת התאמת התהליך של לוח HDI. נכון לעכשיו, חומרי המדיה למינציה הבינלאומיים HDI הם בעיקר מוצרי סדרת ABF/GX של חברת Ajinomoto יפן, המשתמשים בשרף אפוקסי עם חומרי ריפוי שונים כדי להוסיף אבקה אורגנית כדי לשפר את קשיחות החומר ולהפחתת ה- CTE, ובד סיבי זכוכית משמש גם כדי להגדיל את הנוקשות. ו ישנם גם חומרי למינציה דקים דקים של חברת Sekisui Chemical Company of Japan, והמכון לחקר הטכנולוגיה התעשייתית של טייוואן פיתח גם חומרים כאלה. חומרי ABF משופרים ומפותחים ברציפות. הדור החדש של חומרים למינציה דורש במיוחד חספוס פני השטח, התפשטות תרמית נמוכה, אובדן דיאלקטרי נמוך וחיזוק קשיח דק.

באריזת המוליכים למחצה הגלובלית, מצעי אריזת IC החליפו מצעי קרמיקה במצעים אורגניים. המגרש של מצעי האריזה של Chip Chip (FC) הופך להיות קטן וקטן יותר. כעת רוחב הקו/מרווח הקו האופייני הוא 15 מיקרומטר, והוא יהיה דק יותר בעתיד. הביצועים של המנשא הרב-שכבתי דורשים בעיקר תכונות דיאלקטריות נמוכות, מקדם התפשטות תרמית נמוכה ועמידות בפני חום גבוה, ומרדף אחר מצעים בעלות נמוכה על בסיס עמידה ביעדי הביצועים. נכון לעכשיו, ייצור המוני של מעגלים עדינים מאמצים בעצם את תהליך ה- MSPA של בידוד למינציה ונייר נחושת דק. השתמש בשיטת SAP כדי לייצר דפוסי מעגלים עם L/S פחות מ- 10 מיקרומטר.

כאשר PCBs הופכים להיות צפופים יותר ורזים יותר, טכנולוגיית לוח HDI התפתחה ממינאטים המכילים גרעין למינציה של חיבור חיבורי Anylayer (Anylayer). לוחות HDI של חיבור בין שכבתי עם אותה פונקציה טובים יותר מאשר לוחות HDI למינציה המכילים ליבה. ניתן להפחית את השטח והעובי בכ- 25%. אלה חייבים להשתמש בדקים יותר ולשמור על תכונות חשמליות טובות של השכבה הדיאלקטרית.

2 תדירות גבוהה וביקוש במהירות גבוהה

טכנולוגיית תקשורת אלקטרונית נעה בין קווי לאלחוטית, מתדירות נמוכה ומהירות נמוכה לתדירות גבוהה ומהירות גבוהה. ביצועי הטלפון הנייד הנוכחי נכנסו ל- 4G ויעברו לעבר 5G, כלומר מהירות הילוכים מהירה יותר ויכולת שידור גדולה יותר. כניסת עידן מחשוב הענן הגלובלי הכפילה את תנועת הנתונים, וציוד תקשורת בתדר גבוה ומהיר הוא מגמה בלתי נמנעת. PCB מתאים לתמסורת בתדר גבוה ותמסורת במהירות גבוהה. בנוסף להפחתת הפרעות האות ואובדן העיצוב במעגלים, שמירה על שלמות האות ושמירה על ייצור PCB כדי לעמוד בדרישות התכנון, חשוב שיהיה מצע בעל ביצועים גבוהים.

על מנת לפתור את הבעיה של PCB מגדיל את המהירות ואת שלמות האות, מהנדסי העיצוב מתמקדים בעיקר בתכונות אובדן אות חשמליות. גורמי המפתח לבחירת המצע הם הקבוע הדיאלקטרי (DK) ואובדן דיאלקטרי (DF). כאשר DK נמוך מ- 4 ו- DF0.010, זהו למינציה בינונית DK/DF, וכאשר DK נמוך מ- 3.7 ו- DF0.005 נמוך יותר, הוא למינציה נמוכה של DK/DF, כעת יש מגוון מצעים להיכנס לשוק לבחירה.

נכון לעכשיו, מצעי הלוח הנפוצים ביותר בתדר גבוה הם בעיקר שרפים מבוססי פלואור, שרפים של פוליפנילן (PPO או PPE) ושרפי אפוקסי שהשתנו. מצעים דיאלקטריים מבוססי פלואור, כמו polytetrafluoroethylene (PTFE), הם בעלי התכונות הדיאלקטריות הנמוכות ביותר ומשמשות בדרך כלל מעל 5 ג'יגה הרץ. ישנם גם מצעי Epoxy FR-4 או PPO שהשתנו.

בנוסף לשרף שהוזכר לעיל ולחומרי בידוד אחרים, חספוס פני השטח (פרופיל) של נחושת המוליך הוא גם גורם חשוב המשפיע על אובדן העברת האות, אשר מושפע מאפקט העור (Skineffect). אפקט העור הוא האינדוקציה האלקטרומגנטית הנוצרת בחוט במהלך העברת אות בתדר גבוה, וההשראות הגדולה במרכז קטע החוט, כך שהזרם או האות נוטים להתרכז על פני החוט. חספוס פני השטח של המוליך משפיע על אובדן אות ההעברה, ואובדן המשטח החלק הוא קטן.

באותה תדר, ככל שהחספוס של משטח הנחושת גדול יותר, כך אובדן האות גדול יותר. לכן, בייצור בפועל, אנו מנסים לשלוט בחספוס עובי הנחושת של פני השטח ככל האפשר. החספוס קטן ככל האפשר מבלי להשפיע על כוח המליטה. במיוחד לאותות בטווח שמעל 10 ג'יגה הרץ. ב- 10GHz, חספוס נייר הנחושת צריך להיות פחות מ -1 מיקרומטר, ועדיף להשתמש בנייר נחושת סופר-מישורי (חספוס פני השטח 0.04 מיקרומטר). יש לשלב גם את חספוס פני השטח של נייר כסף נחושת עם טיפול מתאים בחמצון ומערכת שרף מליטה. בעתיד הקרוב, יתקיים נייר נחושת מצופה שרף כמעט ללא מתווה, שיכול להיות בעל חוזק קליפות גבוה יותר ולא ישפיע על האובדן הדיאלקטרי.