Elektronisten järjestelmien keskeisenä kantajana piirilevyjen teknologinen innovaatio on ratkaisevan tärkeää.Kuparitahnapiirilevyt, ainutlaatuisten materiaalisovellustensa ja valmistusprosessiensa ansiosta, ovat vähitellen nousseet nousevaksi voimaksi elektroniikkavalmistuksen alalla. Se tarjoaa uuden lähestymistavan perinteisen piirilevyvalmistuksen haasteiden ratkaisemiseen ja osoittaa merkittäviä etuja piirilevyjen suorituskyvyn parantamisessa ja tuotantoprosessien optimoinnissa.
1, Kuparipastan piirilevyn perusperiaatteet ja koostumus
Kuparipastan piirilevyjen ydin on kuparipastan avainmateriaalissa. Kuparipasta valmistetaan yleensä sekoittamalla erittäin-puhdasta kuparijauhetta orgaanisiin sideaineisiin, lisäaineisiin jne. Niiden joukossa kuparijauheella on johtavana kappaleena ratkaiseva rooli piirilevyjen virran johtamisessa erinomaisen johtavuutensa ansiosta. Orgaanisilla sideaineilla on rooli kuparijauheen tasaisessa dispergoinnissa ja sen kiinnittämisessä alustaan varmistaen, että kuparitahnaa voidaan pitää vakaasti ennalta määrätyssä asennossa myöhemmän käsittelyn ja käytön aikana muodostaen luotettavia johtavia linjoja. On olemassa erilaisia lisäaineita, mukaan lukien reologiset aineet, antioksidantit jne., joita käytetään säätämään kuparipastan juoksevuutta, estämään kuparijauheen hapettumista valmistuksen ja käytön aikana sekä varmistamaan kuparitahnan laatu ja suorituskyky.
Koostumuksen näkökulmasta kuparitahnapiirilevyt perustuvat substraatteihin ja yleisiä substraattimateriaaleja ovat keraamiset substraatit, FR4 jne. Eri substraattimateriaalit soveltuvat erilaisiin käyttökohteisiin erilaisten fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi. Esimerkiksi keraamisilla alustoilla on hyvä korkean lämpötilan kestävyys ja hyvä eristyskyky, mikä tekee niistä sopivia elektronisille laitteille, joilla on tiukat vaatimukset lämmönpoistolle ja sähköiselle suorituskyvylle; FR4-substraattia käytetään laajalti kulutuselektroniikassa ja muilla aloilla alhaisten kustannusten ja kypsän prosessointitekniikan ansiosta. Substraatille kuparitahnaa painetaan ennalta määrättyihin paikkoihin erityisillä painoprosesseilla tarkkojen piirikuvioiden muodostamiseksi. Näitä kuvioita käsitellään myöhemmin, kuten kuivaus ja sintraus kuparipastan orgaanisten komponenttien haihduttamiseksi tai kiinteyttämiseksi, ja kuparijauheet sintrautuvat yhteen muodostaen tiukkoja johtavia reittejä, jolloin muodostuu täydellinen piirilevyä johtava järjestelmä.
2, kuparipastan piirilevyn valmistusprosessi
(1) Kuparipastan valmistus
Laadukkaan{0}}kuparipastan valmistaminen on kuparipastapiirilevyjen valmistuksen ensisijainen vaihe. Ensin valitaan korkea-puhtauskuparijauhe, jonka puhtauden on yleensä oltava yli 99 % hyvän johtavuuden varmistamiseksi. Kuparijauheen hiukkaskoolla ja jakautumisella on merkittävä vaikutus kuparipastan ominaisuuksiin. Yleensä kuparijauhe, jonka hiukkaskoot vaihtelevat välillä 1-50 μm, valitaan erityisten sovellusvaatimusten mukaan, ja eri hiukkaskokoja kuparijauhetta sekoitetaan tietyssä suhteessa erityisillä prosesseilla optimoidakseen kuparipastan bulkkitiheyden ja johtavuuden.
(2) Painatusprosessi
Tulostus on ratkaiseva vaihe kuparipastan siirtämisessä tarkasti alustalle piirikuvioiden muodostamiseksi. Yleisesti käytettyjä painoprosesseja ovat silkkipainatus ja kaavinpäällystyspainatus. Silkkipainatus on yleinen menetelmä, jossa valmistetaan silkkipainolevy tietyillä piirikuvioilla, asetetaan kuparipastaa seulalle ja kohdistetaan tiettyä painetta seulaan kaavinta käyttämällä kuparitahnaa siirtämään seulan aukon kautta alustan pintaan, jolloin muodostuu seulakuvion mukainen kuparitahnapiirikuvio. Silkkipainatusprosessissa parametrit, kuten seulan silmäkoko, kaavin kovuus ja paine sekä tulostusnopeus, voivat kaikki vaikuttaa kuparipastatulostuksen laatuun, kuten viivan selkeyteen ja paksuuden tasaisuuteen.
(3) Kuivaus ja sintraus
Painatuksen jälkeen kuparitahnapiirilevy on kuivattava haihtuvien aineiden, kuten kosteuden ja joidenkin orgaanisten liuottimien, poistamiseksi. Kuivausmenetelmiä on useita, mukaan lukien uunien, infrapunakuivainten tai mikroaaltouunikuivainten käyttö. Kuivausprosessi edellyttää sopivan lämpötilan ja ajan säätelyä sen varmistamiseksi, että haihtuvat aineet poistetaan kokonaan vaikuttamatta kuparitahnan ja alustan väliseen adheesioon sekä kuparipastan sisäiseen rakenteeseen.
3, kuparitahnapiirilevyjen suorituskykyedut
(1) Erinomainen johtavuus
Kupari itsessään on metalli, jolla on erinomainen johtavuus, ja se on tavallisten metallien sähkönjohtavuuden huippuluokkaa. Kuparipastapiirilevyissä oikein mitoitetusta ja prosessoidusta kuparipastasta muodostuvat johtavat linjat voivat tehokkaasti vähentää vastusta ja parantaa virransiirron tehokkuutta. Verrattuna perinteisiin piirilevyjen valmistusprosesseihin, kuten etsaukseen, kuparipastapiirilevyillä on merkittäviä etuja johtavuuden suhteen. Etsausmenetelmä aiheuttaa väistämättä tiettyjä vaurioita säilytetyn kuparikalvon pintaan ylimääräisen kuparikalvon poistamisen aikana, mikä lisää vastustuskykyä; Kuparitahnapiirilevy muodostaa johtavia linjoja suoran painatuksen ja sintrauksen avulla, mikä vähentää tätä vahinkoa ja tekee johtavien linjojen johtavuudesta lähemmäksi kuparin luontaista johtavuutta. Esimerkiksi tiettyjä prosesseja käyttäen valmistetuilla kuparipastapiireillä voi olla niinkin alhainen johtavan kerroksen resistiivisyys kuin 2,26 × 10⁻⁸ω/m (puhtaan kuparin resistiivisyys on 1,75 × 10⁻⁸ω/m), mikä voi täyttää korkeat johtavuusvaatimukset sähköisissä tiedonsiirtolinjoissa, kuten nopeissa{8} tiedonsiirtolinjoissa} korkeataajuisia-piirejä.
(2) Hyvä lämmönpoistokyky
Elektronisten laitteiden käytön aikana lämmön muodostuminen on yleinen ongelma, erityisesti suuritehoisissa ja suuritiheyksisissä integroiduissa elektroniikkajärjestelmissä. Lämmönpoistokyky vaikuttaa suoraan laitteen vakauteen ja käyttöikään. Kuparilla on hyvä lämmönjohtavuus, ja kuparipastapiirilevyjen kuparipastaa johtavat linjat voivat siirtää tehokkaasti elektronisten komponenttien tuottamaa lämpöä johtaessaan virtaa. Joillakin piirilevyillä, joissa käytetään kuparitahnaa läpi-reiän tai kuparipastan pistokereiän tekniikkaa, lämpöä voidaan nopeasti johtaa piirilevyn muihin kerroksiin tai lämmönpoistolaitteisiin reikien läpi täytetyn kuparipastan kautta, mikä parantaa huomattavasti piirilevyn yleistä lämmönpoistotehokkuutta. Suuritehoisten LED-valaisimien piirilevyssä kuparipastan pistokkeen reikäprosessi lisää huomattavasti lämmönjohtavuusaluetta. Kuparipilari voi siirtää nopeasti lämpöä piirilevyn toiselle puolelle. Yhdessä korkean lämmönjohtavuuden kuparipastaan (lämmönjohtavuuskerroin 8w/mk) se voi tehokkaasti alentaa LED-sirujen käyttölämpötilaa, pidentää valaisimen käyttöikää ja parantaa valotehokkuutta.
(3) Korkeampi rakenteellinen lujuus
Kuparipastapiirilevyjen valmistusprosessissa kuparipasta muodostaa sintrauksen jälkeen vahvan sidoksen kuparijauhehiukkasten välille muodostaen alustalle tietyn lujuuden omaavan johtavan rakenteen. Piirilevyt, joissa käytetään kuparipastan läpi-reikä- tai tulpanreikätekniikkaa, läpimenevän-reiän täytetyn kuparitahnan jähmettymisen jälkeen se on kuin terästankojen rakentamista piirilevyn sisään, mikä parantaa merkittävästi piirilevyn mekaanisia ominaisuuksia, kuten taivutuskestävyyttä ja tärinänkestävyyttä. Tämän korkeamman rakenteellisen lujuuden ansiosta kuparitahnapiirilevyt sopeutuvat paremmin monimutkaisiin käyttöympäristöihin, säilyttävät piirien eheyden ja vakauden myös tietyissä ulkoisissa iskuissa ja vähentävät mekaanisten vaurioiden aiheuttamia piirivirheitä. Joillakin aloilla, kuten teollisuuden ohjauslaitteissa ja autoelektroniikassa, laitteet voivat altistua ulkoisille voimille, kuten tärinälle ja iskuille käytön aikana. Kuparitahnapiirilevyt voivat hyvällä rakenteellisella lujuudellaan toimia luotettavasti ja varmistaa laitteiden normaalin toiminnan.
(4) Ympäristöedut
Perinteiset piirilevyjen valmistusprosessit, kuten etsaus, tuottavat suuren määrän jätenestettä, joka sisältää suuren määrän kupari-ioneja ja syövyttäviä happoja. Jälki-käsittely on vaikeaa ja sillä on merkittävä vaikutus ympäristöön ja ihmisten terveyteen. Kuparitahnapiirilevyjen valmistusprosessi on suhteellisen ympäristöystävällinen. Kuparitahnan valmistuksen ja painamisen aikana ei tarvitse käyttää suuria määriä haitallisia kemikaaleja ja tuotantoprosessissa syntyvä jäte on suhteellisen vähäistä. Samaan aikaan kaasusuojatun sintraustekniikan käyttö voi eliminoida hapettumisenestoyhdisteiden laajan käytön, välttää liiallista raaka-aineiden saastumista ja yleisesti vähentää kielteisiä ympäristövaikutuksia, mikä täyttää nykyaikaisen elektroniikkateollisuuden kehitysvaatimukset vihreän ja ympäristönsuojelun alalla.