معالجة خشونة رقائق النحاس بعد المعالجة: تقنية واجهة "قفل المرساة" وتحليل شامل للتطبيق

في مجالرقائق النحاسفي التصنيع، تُعدّ معالجة التخشين اللاحقة العملية الأساسية لزيادة قوة ربط واجهة المادة. تُحلل هذه المقالة ضرورة معالجة التخشين من ثلاثة جوانب: تأثير التثبيت الميكانيكي، ومسارات تنفيذ العملية، وقابلية التكيف مع الاستخدام النهائي. كما تستكشف قيمة تطبيق هذه التقنية في مجالات مثل اتصالات الجيل الخامس وبطاريات الطاقة الجديدة، بناءً على...سيفن ميتالالإنجازات التقنية.

1. معالجة الخشونة: من "المصيدة الناعمة" إلى "الواجهة المثبتة"

1.1 العيوب القاتلة للأسطح الملساء

الخشونة الأصلية (Ra) لـرقائق النحاستكون الأسطح عادة أقل من 0.3 ميكرومتر، مما يؤدي إلى المشكلات التالية بسبب خصائصها الشبيهة بالمرآة:

• الترابط الجسدي غير الكافي:تبلغ مساحة التلامس مع الراتنج 60-70% فقط من القيمة النظرية.
• حواجز الترابط الكيميائي:تعمل طبقة الأكسيد الكثيفة (سمك Cu₂O حوالي 3-5 نانومتر) على إعاقة تعرض المجموعات النشطة.
• حساسية الإجهاد الحراري:يمكن أن تؤدي الاختلافات في معامل التمدد الحراري (CTE) إلى انفصال الواجهة (ΔCTE = 12ppm/°C).

1.2 ثلاثة اختراقات تقنية رئيسية في عمليات التخشين

من خلال إنشاء بنية ثلاثية الأبعاد على مستوى الميكرون (انظر الشكل 1)، تحقق الطبقة الخشنة ما يلي:

• التشابك الميكانيكي:يشكل اختراق الراتنج تثبيتًا "شائكًا" (العمق > 5 ميكرومتر).
• التنشيط الكيميائي:يؤدي تعريض (111) مستوى بلوريًا عالي النشاط إلى زيادة كثافة موقع الترابط إلى 10⁵ موقعًا/ميكرومتر مربع.
• تخفيف الإجهاد الحراري:يمتص الهيكل المسامي أكثر من 60% من الإجهاد الحراري.
• مسار العملية: محلول طلاء النحاس الحمضي (CuSO₄ 80 جم/لتر، H₂SO₄ 100 جم/لتر) + الترسيب الكهربائي النبضي (دورة عمل 30%، تردد 100 هرتز)
• السمات الهيكلية:
  • ارتفاع شجيرات النحاس 1.2-1.8 ميكرومتر، القطر 0.5-1.2 ميكرومتر.
  • محتوى الأكسجين السطحي ≤200 جزء في المليون (تحليل XPS).
  • مقاومة التلامس < 0.8mΩ·cm².
• مسار العملية: محلول طلاء سبيكة الكوبالت والنيكل (Co²+ 15 جم/لتر، Ni²+ 10 جم/لتر) + تفاعل الإزاحة الكيميائية (درجة الحموضة 2.5-3.0)
• السمات الهيكلية:
  • حجم جسيمات سبيكة CoNi 0.3-0.8 ميكرومتر، كثافة التكديس > 8×10⁴ جسيم/مم².
  • محتوى الأكسجين السطحي ≤150 جزء في المليون.
  • مقاومة التلامس < 0.5mΩ·cm².

2. أكسدة الأحمر مقابل أكسدة الأسود: أسرار عملية إنتاج الألوان

2.1 أكسدة اللون الأحمر: "درع" النحاس

2.2 الأكسدة السوداء: سبيكة "الدرع"

2.3 المنطق التجاري وراء اختيار الألوان

على الرغم من أن مؤشرات الأداء الرئيسية (الالتصاق والتوصيل) للأكسدة الحمراء والسوداء تختلف بنسبة أقل من 10٪، إلا أن السوق يظهر تمايزًا واضحًا:

• رقائق النحاس المؤكسدة الحمراء:تمثل 60% من حصة السوق بسبب ميزتها الكبيرة من حيث التكلفة (12 يوان صيني/م² مقابل 18 يوان صيني/م² للون الأسود).
• رقائق النحاس المؤكسدة السوداء:تهيمن على السوق الراقية (FPC المثبتة على السيارة، ولوحات الدوائر المطبوعة بالموجات المليمترية) بحصة سوقية تبلغ 75% بسبب:
  • انخفاض بنسبة 15% في الخسائر عالية التردد (Df = 0.008 مقابل الأكسدة الحمراء 0.0095 عند 10 جيجاهرتز).
  • تم تحسين مقاومة CAF (الخيوط الأنودية الموصلة) بنسبة 30%.

3. سيفن ميتال:"خبراء النانو في تكنولوجيا التخشين"

3.1 تقنية "الخشونة المتدرجة" المبتكرة

من خلال عملية التحكم في ثلاث مراحل،سيفن ميتاليعمل على تحسين بنية السطح (انظر الشكل 2):

1. طبقة البذور النانوية البلورية:الترسيب الكهربائي لنوى النحاس بحجم 5-10 نانومتر، وكثافة > 1×10¹¹ جسيم/سم².
2. نمو شجيرات ميكرون:يتحكم تيار النبض في اتجاه الشجيرات (مع إعطاء الأولوية لاتجاه (110)).
3. التخميل السطحي:يعمل طلاء عامل اقتران السيلان العضوي (APTES) على تحسين مقاومة الأكسدة.

3.2 أداء يتجاوز معايير الصناعة

3.3 مصفوفة تطبيقات الاستخدام النهائي

• لوحة دارات مطبوعة لمحطة قاعدة 5G:يستخدم رقاقة نحاسية مؤكسدة باللون الأسود (Ra = 1.5μm) لتحقيق خسارة إدخال < 0.15dB/cm عند 28 جيجاهرتز.
• مجمعات بطاريات الطاقة:أحمر مؤكسدرقائق النحاس(قوة الشد 380 ميجا باسكال) توفر دورة حياة > 2000 دورة (المعيار الوطني 1500 دورة).
• FPCs في مجال الفضاء الجوي:تتحمل الطبقة الخشنة الصدمات الحرارية من -196 درجة مئوية إلى +200 درجة مئوية لمدة 100 دورة دون انفصال.

4. ساحة المعركة المستقبلية لرقائق النحاس الخشنة

4.1 تقنية التخشين الفائق

لتلبية متطلبات الاتصالات تيراهرتز 6G، يتم تطوير بنية مسننة مع Ra = 3-5μm:

• استقرار الثابت العازل: تم التحسين إلى ΔDk < 0.01 (1-100 جيجاهرتز).
• المقاومة الحرارية:تم تخفيضه بنسبة 40% (يصل إلى 15 واط/م·ك).

4.2 أنظمة التخشين الذكية

كشف الرؤية المتكامل بالذكاء الاصطناعي + تعديل العملية الديناميكية:

• مراقبة السطح في الوقت الفعلي:تردد أخذ العينات 100 إطار في الثانية.
• ضبط كثافة التيار التكيفي:الدقة ±0.5A/dm².

تطورت عملية خشونة رقائق النحاس بعد المعالجة من مجرد "عملية اختيارية" إلى "مضاعف للأداء". بفضل الابتكار في العمليات ومراقبة الجودة الصارمة،سيفن ميتالدفع تقنية التخشين إلى مستوى الدقة الذرية، مما وفر دعمًا ماديًا أساسيًا لتطوير صناعة الإلكترونيات. في المستقبل، وفي ظل السباق نحو تقنيات أذكى وأكثر ترددًا وموثوقية، سيسيطر من يتقن "التشفير الدقيق" لتقنية التخشين على الصدارة الاستراتيجية في هذا المجال.رقائق النحاسصناعة.

(مصدر البيانات:سيفن ميتالالتقرير الفني السنوي لعام ٢٠٢٣، IPC-4562A-2020، IEC 61249-2-21