لقد بذلت صناعة مواد لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) جهودًا كبيرة في تطوير مواد توفر أقل قدر ممكن من فقدان الإشارة. في التصاميم عالية السرعة والتردد، يُقلل فقدان الإشارة من مسافة انتشارها ويُشوّهها، كما يُحدث انحرافًا في المعاوقة يُمكن ملاحظته في قياسات TDR. عند تصميم أي لوحة دوائر مطبوعة وتطوير دوائر تعمل بترددات أعلى، قد يكون من المغري اختيار أنعم أنواع النحاس في جميع التصاميم التي تُنتجها.

صحيحٌ أن خشونة النحاس تُسبب انحرافًا إضافيًا في المعاوقة وخسائر، فما مدى النعومة المطلوبة لرقاقة النحاس؟ هل هناك طرق بسيطة يُمكنك استخدامها للتغلب على الخسائر دون الحاجة إلى اختيار نحاس فائق النعومة لكل تصميم؟ سنتناول هذه النقاط في هذه المقالة، بالإضافة إلى ما يُمكنك البحث عنه عند شراء مواد تجميع لوحات الدوائر المطبوعة.

أنواعرقائق النحاس للوحة الدوائر المطبوعة

عادةً، عند الحديث عن النحاس في مواد لوحات الدوائر المطبوعة، لا نركز على نوعه، بل على خشونته فقط. تُنتج طرق ترسيب النحاس المختلفة أغشيةً ذات قيم خشونة مختلفة، والتي يمكن تمييزها بوضوح في صورة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). إذا كنت ستعمل بترددات عالية (عادةً 5 جيجاهرتز أو أعلى عبر شبكة واي فاي) أو بسرعات عالية، فعليك الانتباه إلى نوع النحاس المحدد في ورقة بيانات المادة.

تأكد أيضًا من فهم معنى قيم Dk في ورقة البيانات. شاهد هذه المناقشة الصوتية مع جون كونرود من روجرز لمعرفة المزيد عن مواصفات Dk. مع وضع ذلك في الاعتبار، دعونا نلقي نظرة على بعض الأنواع المختلفة من رقائق النحاس للوحات الدوائر المطبوعة.

ترسب كهربائيا

في هذه العملية، تُمرَّر أسطوانة عبر محلول كهربائي، ويُستخدم تفاعل ترسيب كهربائي لتكوين رقاقة النحاس عليها. أثناء دوران الأسطوانة، تُلفّ طبقة النحاس الناتجة ببطء على بكرة، مما يُنتج صفيحة نحاسية متصلة يُمكن لفّها لاحقًا على صفائح معدنية. يتطابق جانب الأسطوانة من النحاس مع خشونة الأسطوانة، بينما يكون الجانب المكشوف أكثر خشونة.

رقائق النحاس المطلية بالكهرباء للوحة الدوائر المطبوعة

إنتاج النحاس المترسب كهربائيا.
لاستخدامه في عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة القياسية، يُلصق الجانب الخشن من النحاس أولًا بعازل من الراتنج الزجاجي. أما النحاس المكشوف المتبقي (جانب الأسطوانة) فيحتاج إلى تخشين كيميائي متعمد (مثلًا، باستخدام النقش البلازمي) قبل استخدامه في عملية التصفيح النحاسي القياسي. هذا يضمن إمكانية ربطه بالطبقة التالية في لوحة الدوائر المطبوعة.

النحاس المترسب كهربائيًا المعالج على السطح

لا أعرف المصطلح الأفضل الذي يشمل جميع الأنواع المختلفة من الأسطح المعالجةرقائق النحاس، ومن هنا جاء العنوان أعلاه. تُعرف هذه المواد النحاسية باسم الرقائق المعالجة عكسيًا، على الرغم من توفر نوعين آخرين (انظر أدناه).

تستخدم الرقائق المعالجة عكسياً معالجة سطحية تُطبق على الجانب الأملس (جانب الأسطوانة) من صفيحة نحاسية مُرسبة كهربائياً. طبقة المعالجة هي مجرد طبقة رقيقة تُخشن النحاس عمداً، مما يزيد من التصاقه بالمادة العازلة. كما تعمل هذه المعالجات كحاجز أكسدة يمنع التآكل. عند استخدام هذا النحاس في صناعة الألواح الرقائقية، يلتصق الجانب المعالج بالعازل، ويبقى الجانب الخشن المتبقي مكشوفاً. لن يحتاج الجانب المكشوف إلى أي تخشين إضافي قبل الحفر؛ إذ ستكون لديه قوة كافية للالتصاق بالطبقة التالية في لوحة الدوائر المطبوعة.

تتضمن ثلاثة اختلافات في رقائق النحاس المعالجة عكسيًا ما يلي:

رقاقة نحاسية مُستطالة بدرجات حرارة عالية (HTE): وهي رقاقة نحاسية مُرسبة كهربائيًا، وتتوافق مع مواصفات IPC-4562 من الدرجة الثالثة. كما يُعالَج السطح المكشوف بحاجز أكسدة لمنع التآكل أثناء التخزين.
رقاقة معالجة مزدوجة: في هذه الرقاقة النحاسية، تُطبّق المعالجة على جانبي الفيلم. تُسمى هذه المادة أحيانًا الرقاقة المعالجة من جانب الأسطوانة.
النحاس المقاوم: لا يُصنّف عادةً كنحاس معالج سطحيًا. تستخدم هذه الرقاقة النحاسية طبقة معدنية على الجانب غير اللامع من النحاس، ثم تُخشن إلى المستوى المطلوب.
يعد تطبيق المعالجة السطحية في هذه المواد النحاسية أمرًا بسيطًا: يتم لف الرقاقة من خلال حمامات إلكتروليت إضافية يتم فيها تطبيق طلاء نحاسي ثانوي، يليه طبقة بذور حاجزة، وأخيرًا طبقة فيلم مضادة للتشويه.

رقائق النحاس PCB

عمليات معالجة أسطح رقائق النحاس. [المصدر: بيتل، ستيفن ج. وآخرون. "تحليل معالجات النحاس وتأثيراتها على انتشار الإشارة". في المؤتمر الثامن والخمسين للمكونات الإلكترونية والتكنولوجيا لعام ٢٠٠٨، الصفحات ١١٤٤-١١٤٩. معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات، ٢٠٠٨].
بفضل هذه العمليات، يمكنك الحصول على مادة يمكن استخدامها بسهولة في عملية تصنيع اللوحة القياسية مع الحد الأدنى من المعالجة الإضافية.

النحاس المدلفن والمُصَلَّب

تُمرَّر رقائق النحاس المُدلفنة والمُلَدَّنة على بكرة من رقائق النحاس عبر زوج من البكرات، والتي تُدحرج صفيحة النحاس على البارد إلى السُمك المطلوب. وتختلف خشونة صفيحة النحاس الناتجة باختلاف معايير الدحرجة (السرعة، الضغط، إلخ).

يمكن أن تكون الصفيحة الناتجة ناعمة جدًا، وتظهر خطوط على سطح صفيحة النحاس المُلدَّنة باللفائف. تُظهر الصور أدناه مقارنة بين رقاقة نحاس مُرسَّبة كهربائيًا وأخرى مُلدَّنة باللفائف.

مقارنة رقائق النحاس في لوحة الدوائر المطبوعة

مقارنة بين الرقائق المترسبة بالكهرباء والرقائق المدلفنة.
نحاس منخفض الارتفاع
هذا ليس بالضرورة نوع رقائق النحاس التي يُمكن تصنيعها بعملية بديلة. النحاس منخفض الارتفاع هو نحاس مُرسَّب كهربائيًا، يُعالَج ويُعَدَّل بعملية خشونة دقيقة لتوفير خشونة متوسطة منخفضة جدًا مع خشونة كافية للالتصاق بالركيزة. عادةً ما تكون عمليات تصنيع هذه الرقائق النحاسية خاصة. تُصنَّف هذه الرقائق غالبًا إلى: منخفضة الارتفاع للغاية (ULP)، ومنخفضة الارتفاع جدًا (VLP)، ومنخفضة الارتفاع (LP، أي خشونة متوسطة تبلغ حوالي ميكرون واحد).

مقالات ذات صلة:

لماذا يتم استخدام رقائق النحاس في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة؟

رقائق النحاس المستخدمة في لوحة الدوائر المطبوعة