به عنوان یک حامل کلیدی سیستم های الکترونیکی، نوآوری فناوری بردهای مدار بسیار مهم است.بردهای مدار خمیر مسبا کاربردهای منحصر به فرد مواد و فرآیندهای تولیدی خود، به تدریج به عنوان یک نیروی نوظهور در زمینه تولید الکترونیک مطرح شده اند. این یک رویکرد جدید برای حل چالشها در تولید برد مدار سنتی ارائه میکند و مزایای قابل توجهی را در بهبود عملکرد برد مدار و بهینهسازی فرآیندهای تولید نشان میدهد.
1، اصول اولیه و ترکیب تخته مدار خمیر مس
هسته تخته های مدار خمیر مس در مواد کلیدی خمیر مس قرار دارد. خمیر مس معمولاً از مخلوط کردن پودر مس با خلوص{{1} بالا با چسبهای آلی، مواد افزودنی و غیره ساخته میشود. در این میان، پودر مس بهعنوان جسم رسانا، به دلیل رسانایی عالی، نقش مهمی در هدایت جریان در تختههای مدار دارد. بایندرهای آلی در پخش یکنواخت پودر مس و چسباندن آن به بستر نقش دارند و تضمین میکنند که خمیر مس میتواند در طول پردازش و استفاده بعدی در موقعیت از پیش تعیینشده پایدار بماند و خطوط رسانای قابل اعتمادی را تشکیل دهد. انواع مختلفی از افزودنی ها از جمله عوامل رئولوژی، آنتی اکسیدان ها و غیره وجود دارد که برای تنظیم جریان پذیری خمیر مس، جلوگیری از اکسید شدن پودر مس در حین تهیه و استفاده و تضمین کیفیت و پایداری عملکرد خمیر مس استفاده می شود.
از منظر ترکیب، تخته های مدار خمیر مس بر اساس بستر هستند و مواد بستر متداول شامل زیرلایه های سرامیکی، FR4 و غیره است. مواد زیرلایه مختلف به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت برای سناریوهای مختلف کاربرد مناسب هستند. به عنوان مثال، بسترهای سرامیکی مقاومت خوبی در دمای بالا و عملکرد عایق بالایی دارند، که آنها را برای دستگاه های الکترونیکی با الزامات سخت برای اتلاف گرما و عملکرد الکتریکی مناسب می کند. بستر FR4 به دلیل هزینه کم و فناوری پردازش بالغ به طور گسترده در لوازم الکترونیکی مصرفی و سایر زمینه ها استفاده می شود. روی زیرلایه، خمیر مس در موقعیتهای از پیش تعیینشده از طریق فرآیندهای چاپ خاص چاپ میشود تا الگوهای مدار دقیقی را تشکیل دهد. این الگوها تحت پردازش های بعدی مانند خشک کردن و تف جوشی برای تبخیر یا جامد شدن اجزای آلی در خمیر مس قرار می گیرند و پودرهای مس با هم متخلخل می شوند تا مسیرهای رسانای محکمی را تشکیل دهند، بنابراین یک سیستم رسانای تخته مدار کامل ساخته می شود.
2، فرآیند تولید تخته مدار خمیر مس
(1) تهیه خمیر مس
تهیه خمیر مس با کیفیت- مرحله اولیه در ساخت صفحات مدار خمیر مس است. ابتدا، پودر مس با خلوص{2} بالا انتخاب میشود، که معمولاً برای اطمینان از رسانایی خوب، باید خلوص آن بالاتر از 99 درصد باشد. اندازه ذرات و توزیع پودر مس تأثیر بسزایی بر خواص خمیر مس دارد. به طور کلی، پودر مس با اندازه ذرات در محدوده 1-50 میکرومتر با توجه به نیازهای کاربردی خاص انتخاب می شود و اندازه های مختلف ذرات پودر مس به نسبت معینی از طریق فرآیندهای خاص برای بهینه سازی چگالی ظاهری و رسانایی خمیر مس مخلوط می شوند.
(2) فرآیند چاپ
چاپ گامی مهم در انتقال دقیق خمیر مس بر روی یک بستر برای تشکیل الگوهای مدار است. فرآیندهای چاپ رایج شامل چاپ روی صفحه و چاپ با پوشش اسکراپر می باشد. چاپ روی صفحه یک روش رایج است که شامل ساخت صفحه چاپ صفحه با الگوهای مداری خاص، قرار دادن خمیر مسی روی صفحه و اعمال فشار معینی بر روی صفحه با استفاده از اسکراپر برای انتقال خمیر مسی از طریق ناحیه باز روی صفحه به سطح زیرلایه است و در نتیجه یک الگوی مدار خمیر مسی مطابق با الگوی صفحه تشکیل میشود. در فرآیند چاپ روی صفحه، پارامترهایی مانند اندازه مش صفحه، سختی و فشار اسکراپر و سرعت چاپ همگی می توانند بر کیفیت چاپ خمیر مس مانند شفافیت خط و یکنواختی ضخامت تأثیر بگذارند.
(3) خشک کردن و تف جوشی
پس از چاپ، صفحه مدار خمیر مسی باید خشک شود تا مواد فرار مانند رطوبت و برخی از حلال های آلی از بین برود. روش های مختلفی برای خشک کردن وجود دارد که معمولاً شامل استفاده از اجاق، خشک کن مادون قرمز یا خشک کن مایکروویو می شود. فرآیند خشک کردن نیاز به کنترل دما و زمان مناسب دارد تا اطمینان حاصل شود که مواد فرار به طور کامل حذف می شوند بدون اینکه بر عملکرد چسبندگی بین خمیر مس و بستر و همچنین ساختار داخلی خمیر مس تأثیر بگذارند.
3، مزایای عملکرد تخته های مدار خمیر مس
(1) عملکرد رسانایی عالی
مس به خودی خود فلزی با رسانایی عالی است که از نظر رسانایی الکتریکی در میان فلزات رایج در رتبه اول قرار دارد. در تخته های مدار خمیر مس، خطوط رسانای تشکیل شده توسط خمیر مس که به درستی تناسب و پردازش شده است می تواند به طور موثر مقاومت را کاهش داده و راندمان انتقال جریان را بهبود بخشد. در مقایسه با فرآیندهای سنتی تولید برد مدار مانند اچینگ، بردهای مدار خمیر مس مزایای قابل توجهی در رسانایی دارند. روش اچ کردن به طور اجتناب ناپذیری باعث آسیب خاصی به سطح فویل مسی باقی مانده در طول فرآیند حذف فویل مس اضافی می شود و مقاومت را افزایش می دهد. تخته مدار خمیر مس از طریق چاپ مستقیم و تف جوشی خطوط رسانا را تشکیل می دهد و این آسیب را کاهش می دهد و رسانایی خطوط رسانا را به رسانایی ذاتی مس نزدیک می کند. برای مثال، تختههای مدار خمیر مسی که با استفاده از فرآیندهای خاص تهیه میشوند، میتوانند مقاومت پایین لایه رسانا را تا 2.26 × 10⁻8 ω/m داشته باشند (مس خالص دارای مقاومتی برابر با 1.75 × 10⁻8ω/m است)، که میتواند نیازمندیهای بالا برای انتقال دادهها را برآورده کند. مدارهای با فرکانس بالا-
(2) عملکرد خوب اتلاف گرما
در طول کارکرد دستگاههای الکترونیکی، تولید گرما یک مشکل رایج است، بهویژه در سیستمهای الکترونیکی یکپارچه-قدرت بالا-. عملکرد اتلاف حرارت مستقیماً بر پایداری و عمر مفید تجهیزات تأثیر می گذارد. مس رسانایی حرارتی خوبی دارد و خطوط رسانای خمیر مس در تختههای مدار خمیر مسی میتوانند به طور موثر گرمای تولید شده توسط قطعات الکترونیکی را در حین رسانایی جریان انتقال دهند. برای برخی از تختههای مدار که از خمیر مسی از طریق-فناوری سوراخ یا سوراخ خمیر مس استفاده میکنند، گرما را میتوان به سرعت از طریق خمیر مسی که از طریق سوراخها پر شده است به لایههای دیگر یا دستگاههای اتلاف حرارت برد مدار هدایت کرد و کارایی کلی اتلاف حرارت برد مدار را تا حد زیادی بهبود بخشید. در برد مدارهای{7}}لوازم روشنایی LED پرقدرت، فرآیند سوراخ دوشاخه خمیر مسی ناحیه هدایت حرارتی را بسیار افزایش میدهد. ستون مسی می تواند به سرعت گرما را به طرف دیگر برد مدار منتقل کند. همراه با خمیر مس با هدایت حرارتی بالا (ضریب هدایت حرارتی 8w/mk)، میتواند به طور موثر دمای عملیاتی تراشههای LED را کاهش دهد، طول عمر دستگاه را افزایش داده و راندمان نوری را بهبود بخشد.
(3) استحکام ساختاری بالاتر
در فرآیند تولید تخته های مدار خمیر مس، خمیر مس پس از پخت، پیوند محکمی بین ذرات پودر مس ایجاد می کند و ساختاری رسانا با استحکام مشخص بر روی بستر ایجاد می کند. برای تخته های مداری که از خمیر مسی از طریق-سوراخ یا سوراخ پلاگین استفاده می کنند، پس از اینکه خمیر مسی که در سوراخ گذرا پر می شود، جامد می شود، مانند ساختن میله های فولادی در داخل تخته مدار است که به طور قابل توجهی خواص مکانیکی مانند مقاومت خمشی و مقاومت در برابر لرزش برد مدار را افزایش می دهد. این استحکام ساختاری بالاتر، تختههای مدار خمیر مس را قادر میسازد تا بهتر با محیطهای کاربری پیچیده سازگار شوند، یکپارچگی و پایداری مدار را حتی تحت تأثیرات خارجی خاص حفظ کنند و خرابیهای مدار ناشی از آسیب مکانیکی را کاهش دهند. در برخی از زمینه ها مانند تجهیزات کنترل صنعتی و الکترونیک خودرو، تجهیزات ممکن است در حین کار در معرض نیروهای خارجی مانند لرزش و ضربه قرار بگیرند. بردهای مدار خمیر مس، با استحکام ساختاری خوب خود، می توانند به طور قابل اعتماد برای اطمینان از عملکرد عادی تجهیزات کار کنند.
(4) مزایای زیست محیطی
فرآیندهای سنتی تولید برد مدار، مانند اچ کردن، مقدار زیادی مایع زباله تولید می کند که حاوی مقدار زیادی یون مس و اسیدهای خورنده است. درمان پستی مشکل است و تأثیر قابل توجهی بر محیط زیست و سلامت انسان دارد. فرآیند تولید صفحات مدار خمیر مس نسبتاً سازگار با محیط زیست است. در هنگام تهیه و چاپ خمیر مس نیازی به استفاده از مقدار زیادی مواد شیمیایی مضر نیست و ضایعات تولید شده در فرآیند تولید نسبتاً کم است. در عین حال، استفاده از فناوری زینترینگ محافظ گاز میتواند کاربرد گسترده ترکیبات ضد اکسیداسیون را حذف کند، از آلودگی بیش از حد مواد خام جلوگیری کند، و به طور کلی تأثیر منفی بر محیط زیست را کاهش دهد، که الزامات توسعه صنعت تولید الکترونیک مدرن برای حفاظت از محیط زیست و سبز را برآورده میکند.