لقد كرّست صناعة مواد لوحات الدوائر المطبوعة جهودًا كبيرة لتطوير مواد تُقلّل من فقد الإشارة إلى أدنى حد ممكن. في التصاميم عالية السرعة والتردد، يُحدّ الفقد من مسافة انتشار الإشارة ويُشوّهها، كما يُحدث انحرافًا في المعاوقة يُمكن رصده في قياسات TDR. عند تصميم أي لوحة دوائر مطبوعة وتطوير دوائر تعمل بترددات عالية، قد يميل المرء إلى اختيار أنعم أنواع النحاس في جميع التصاميم.

صحيح أن خشونة النحاس تُسبب انحرافًا إضافيًا في المعاوقة وفقدانًا للطاقة، ولكن ما مدى نعومة رقائق النحاس المطلوبة؟ هل توجد طرق بسيطة للتغلب على فقدان الطاقة دون الحاجة إلى اختيار نحاس فائق النعومة لكل تصميم؟ سنتناول هذه النقاط في هذه المقالة، بالإضافة إلى ما يجب مراعاته عند شراء مواد تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة.

أنواعرقائق نحاسية للوحات الدوائر المطبوعة

عند الحديث عن النحاس في مواد لوحات الدوائر المطبوعة، لا نتطرق عادةً إلى نوع النحاس بالتحديد، بل إلى خشونة سطحه. تُنتج طرق ترسيب النحاس المختلفة طبقات ذات قيم خشونة متباينة، يمكن تمييزها بوضوح في صورة المجهر الإلكتروني الماسح. إذا كنت ستعمل بترددات عالية (عادةً 5 جيجاهرتز واي فاي أو أعلى) أو بسرعات عالية، فاحرص على الانتباه إلى نوع النحاس المذكور في بيانات المادة.

تأكد أيضًا من فهم معنى قيم Dk في ورقة البيانات. شاهد هذه الحلقة من البودكاست مع جون كونرود من شركة روجرز لمعرفة المزيد عن مواصفات Dk. مع وضع ذلك في الاعتبار، دعونا نلقي نظرة على بعض أنواع رقائق النحاس المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة.

الترسيب الكهربائي

في هذه العملية، يُدار أسطوانة عبر محلول إلكتروليتي، ويُستخدم تفاعل الترسيب الكهربائي لترسيب رقائق النحاس على الأسطوانة. ومع دوران الأسطوانة، تُلف طبقة النحاس الناتجة ببطء على بكرة، مما يُنتج صفيحة نحاسية متصلة يمكن دحرجتها لاحقًا على رقائق معدنية. يتطابق سطح النحاس الملامس للأسطوانة تقريبًا مع خشونة سطح الأسطوانة، بينما يكون السطح الخارجي أكثر خشونة.

رقائق نحاسية مطلية بالكهرباء للوحات الدوائر المطبوعة

إنتاج النحاس بالترسيب الكهربائي.
لاستخدام النحاس في عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة القياسية، يُلصق الجانب الخشن منه أولاً بمادة عازلة من الراتنج الزجاجي. أما الجزء المتبقي المكشوف من النحاس (جانب الأسطوانة) فيحتاج إلى معالجة كيميائية لتخشينه (مثلاً، باستخدام الحفر بالبلازما) قبل استخدامه في عملية الترقق القياسية للنحاس. وهذا يضمن إمكانية لصقه بالطبقة التالية في بنية لوحة الدوائر المطبوعة.

النحاس المعالج سطحيًا والمترسب كهربائيًا

لا أعرف المصطلح الأفضل الذي يشمل جميع أنواع الأسطح المعالجة المختلفةرقائق النحاسومن هنا جاء العنوان أعلاه. تُعرف هذه المواد النحاسية باسم الرقائق المعالجة عكسياً، على الرغم من وجود نوعين آخرين (انظر أدناه).

تستخدم الرقائق المعالجة عكسيًا معالجة سطحية تُطبق على الجانب الأملس (جانب الأسطوانة) من صفيحة نحاسية مُرسبّة كهربائيًا. طبقة المعالجة عبارة عن طلاء رقيق يُخشن سطح النحاس عمدًا، مما يُحسّن التصاقه بالمادة العازلة. تعمل هذه المعالجات أيضًا كحاجز للأكسدة يمنع التآكل. عند استخدام هذا النحاس في تصنيع لوحات مُرقّقة، يلتصق الجانب المُعالج بالمادة العازلة، بينما يبقى الجانب الخشن مكشوفًا. لا يحتاج الجانب المكشوف إلى أي تخشين إضافي قبل الحفر؛ إذ يتمتع بقوة كافية للالتصاق بالطبقة التالية في بنية لوحة الدوائر المطبوعة.

تتضمن ثلاثة أنواع من رقائق النحاس المعالجة عكسياً ما يلي:

رقائق نحاسية مقاومة للتمدد عند درجات الحرارة العالية (HTE): هي رقائق نحاسية مطلية كهربائياً تتوافق مع مواصفات IPC-4562 من الدرجة 3. كما أن سطحها المكشوف معالج بطبقة عازلة للأكسدة لمنع التآكل أثناء التخزين.
رقائق معالجة مزدوجة: في هذه الرقائق النحاسية، تُطبق المعالجة على كلا جانبي الغشاء. تُسمى هذه المادة أحيانًا بالرقائق المعالجة من جانب الأسطوانة.
النحاس المقاوم: لا يُصنف هذا النوع عادةً ضمن النحاس المعالج سطحياً. يستخدم هذا النوع من رقائق النحاس طبقة معدنية على الجانب غير اللامع من النحاس، ثم يتم تخشينه إلى المستوى المطلوب.
إن تطبيق المعالجة السطحية في هذه المواد النحاسية أمر بسيط: يتم دحرجة الرقاقة من خلال أحواض إلكتروليت إضافية تقوم بتطبيق طبقة نحاسية ثانوية، تليها طبقة أساسية حاجزية، وأخيراً طبقة فيلم مضادة للتشوه.

رقائق نحاسية للوحات الدوائر المطبوعة

عمليات معالجة سطح رقائق النحاس. [المصدر: Pytel, Steven G., et al. "تحليل معالجات النحاس وتأثيراتها على انتشار الإشارة." في المؤتمر الثامن والخمسين للمكونات الإلكترونية والتكنولوجيا لعام 2008، الصفحات 1144-1149. IEEE، 2008.]
باستخدام هذه العمليات، ستحصل على مادة يمكن استخدامها بسهولة في عملية تصنيع اللوحات القياسية مع الحد الأدنى من المعالجة الإضافية.

النحاس المدرفل والمُلدن

تُمرر رقائق النحاس المدرفلة والمُعالجة حرارياً عبر زوج من البكرات، التي تقوم بدرفلة الرقائق على البارد حتى الوصول إلى السماكة المطلوبة. وتختلف خشونة سطح الرقائق الناتجة تبعاً لمعايير الدرفلة (السرعة، الضغط، إلخ).

يمكن أن تكون الصفيحة الناتجة ناعمة للغاية، وتظهر خطوط دقيقة على سطح صفيحة النحاس المدرفلة والمُعالجة حراريًا. تُظهر الصور أدناه مقارنة بين رقاقة نحاسية مُرسبّة كهربائيًا ورقاقة مدرفلة ومُعالجة حراريًا.

مقارنة رقائق النحاس للوحات الدوائر المطبوعة

مقارنة بين الرقائق المترسبة كهربائياً والرقائق المدرفلة والمُعالجة حرارياً.
نحاس منخفض الارتفاع
ليس بالضرورة أن يكون هذا النوع من رقائق النحاس يُصنع باستخدام عملية بديلة. النحاس منخفض الارتفاع هو نحاس مُرسب كهربائيًا، يُعالج ويُعدل بعملية خشونة دقيقة لتوفير خشونة متوسطة منخفضة جدًا مع خشونة كافية للالتصاق بالركيزة. عادةً ما تكون عمليات تصنيع هذه الرقائق النحاسية سرية. تُصنف هذه الرقائق غالبًا إلى رقائق منخفضة الارتفاع للغاية (ULP)، ورقائق منخفضة الارتفاع جدًا (VLP)، ورقائق منخفضة الارتفاع (LP، بمتوسط ​​خشونة يبلغ حوالي 1 ميكرون).

مقالات ذات صلة:

لماذا تُستخدم رقائق النحاس في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة؟

رقائق النحاس المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة