في تصميم لوحات الدارات المطبوعة عالية الكثافة (PCB)، أبسط طريقة لزيادة الوظائف هي وضع مزيد من المسارات في مساحة محدودة.
لكن زيادة كثافة التوجيه ليست مسألة تخطيط فقط؛ فهي تعتمد أيضًا على تطور مواد رقائق النحاس عبر الزمن.
مع انتشار الألواح متعددة الطبقات، وتقنية التوصيل البيني عالي الكثافة (HDI)، والألواح السميكة، لم تعد رقائق النحاس مجرد موصل بسيط، بل أصبحت مادة هندسية أساسية تؤثر في الاعتمادية والعائد وعمر المنتج.
تستعرض هذه المقالة الأنواع الرئيسية لرقائق النحاس المستخدمة في الـ PCB الحديثة، وتشرح كيف يدعم كل نوع جودة التصنيع والاعتمادية البنيوية.
1) لماذا تُعد رقائق النحاس مهمة في الـ PCBs عالية الكثافة؟
في صناعة الـ PCB، تُصنَّف رقائق النحاس عادةً وفق المعيار IPC-4562. ومن بين هذه الأنواع، تُستخدم رقائق النحاس المترسّبة كهربائيًا (ED) على نطاق واسع في الألواح متعددة الطبقات وتصاميم الـ HDI.
مع تضييق عرض المسارات، وزيادة عدد الطبقات، وازدياد سماكة الألواح، قد لا تستطيع الرقائق القياسية التمدد بشكل كافٍ عند درجات الحرارة العالية أو خلال دورات الحرارة.
هذا التحدي قاد إلى تطوير رقائق HTE (الاستطالة العالية عند الحرارة).
إلى جانب HTE، أصبحت الرقائق منخفضة الخشونة، ورقائق المعالجة العكسية (RTF)، والرقائق المصممة لأنظمة الراتنج عالية الأداء خيارات قياسية في التصاميم المتقدمة.
2) رقائق HTE – الأساس للاعتمادية الحرارية
وفق معيار IPC-4562، تُسجَّل رقائق HTE عادةً كـ الدرجة 3.
مقارنةً بالرقائق القياسية (الدرجة 1)، تتمتع HTE باستطالة أفضل بكثير عند الحرارة.
عند °C 180، تكون الاستطالة النموذجية بين %4 و%10.
هذه الخاصية مهمة جدًا في الألواح متعددة الطبقات.
خلال لحام الإعادة (Reflow) أو عبر دورات حرارية طويلة، يتمدد العازل على محور Z.
هذا التمدد يضيف إجهادًا عند منطقة الوصل بين النحاس ضمن الطبقات الداخلية والفتحة المطلية نفاذًا (PTH).
إذا لم تستطع الرقاقة التمدد، فقد تتشقق أو تنفصل، ما يؤدي إلى فشل في التوصيل.
رقائق HTE تمتص هذا الإجهاد بفضل قدرتها الأعلى على التشكل اللدن، فتحسّن الاعتمادية في حالات مثل:
- تصاميم الألواح السميكة
- الرقائق مع محتوى راتنج مرتفع
- التطبيقات ذات الإجهاد الحراري الكبير
عمليًا، يركّز المهندسون أثناء الاختيار على الاستطالة عند °C 180، ومقاومة الشد، وقوة التقشير.
3) رقائق النحاس منخفضة الخشونة – لخطوط دقيقة وتحكم أفضل بالممانعة
كلما صغر عرض المسارات وتباعدها، أصبحت ملامح سطح النحاس عاملًا رئيسيًا في جودة الخط.
الرقائق القياسية تُظهر نتوءات سطحية تُسمّى أحيانًا “أسنان النحاس”.
هذه النتوءات تسبب عدة مشكلات أثناء حفر الخطوط الدقيقة:
- تشوّه هندسة المسار
- عدم تجانس سماكة العازل في الطبقات الرقيقة
- صعوبة التحكم بالممانعة
في الحالات القصوى، قد تؤدي “أسنان النحاس” الكبيرة على جانبي العازل إلى عدم استقرار في الهندسة والممانعة، وقد تسبب فشلًا كهربائيًا مثل انخفاض مقاومة القوس الكهربائي (Arc Resistance).
لهذا أصبحت الرقائق منخفضة الخشونة ضرورية للحصول على خطوط دقيقة وممانعة متسقة.
تُقاس الخشونة عادةً بالمعلمات Ra أو Rz أو Sq. ومن بينها، تعكس Rz وSq ارتفاع وتوزيع النتوءات بدقة أكبر، وهو ما يهم الخطوط الدقيقة.
4) رقائق RTF – توازن بين الالتصاق والنعومة
رقائق المعالجة العكسية (RTF) هي تحسين عملي لمفهوم الخشونة المنخفضة.
خلال الترسيب الكهربائي، يتشكل للرقاقة سطحان طبيعيًا: جانب لامع ناعم وجانب غير لامع خشن.
في الرقائق التقليدية، تُعالج الجهة الخشنة وتُلصق بالعازل.
أمّا في RTF فتُعالج الجهة اللامعة ثم تُلصق بالعازل.
هذا التصميم يحقق فائدتين واضحتين:
- السطح اللامع المُعالج يقدّم خشونة سطحية منخفضة جدًا، ما يساعد على حفر خطوط دقيقة.
- يواجه الجانب غير اللامع الخارج، فيوفّر التصاقًا أفضل لطبقة الفوتورزيست أثناء التصوير.
في بعض العمليات، يمكن لـ RTF تقليل أو حتى إلغاء خطوات تخشين الطبقات الداخلية، ما يحسّن جودة التصوير وعائد الحفر. لذلك تُستخدم RTF على نطاق واسع في الـ HDI والألواح متعددة الطبقات عالية الجودة.
5) رقائق مخصصة لأنظمة الراتنج عالية الأداء – ليست “خشونة أكثر” فقط
في أنظمة الراتنج مثل BT والبولي إيمايد (PI) والسيانات الإستيرية وبعض الإيبوكسيات عالية Tg، تكون المواد أكثر حساسية للمواد الكيميائية المسببة للتآكل خلال التصنيع والاستخدام الطويل.
هذا قد يقلل قوة التقشير ويخفض التحمّل.
لمعالجة ذلك، تُستخدم طريقتان غالبًا:
- معالجة عُقدية لسطح النحاس (Nodular Treatment) لزيادة مساحة الارتباط الميكانيكي
- عوامل ربط (Coupling Agents) داخل الراتنج لتكوين روابط كيميائية مع النحاس
عمليًا، تُستخدم الطريقتان معًا لتحقيق توازن بين قوة التقشير والمقاومة الكيميائية والاعتمادية الحرارية — وليس مجرد زيادة الخشونة.
الخلاصة
في تصميم الـ PCB عالية الكثافة، لم تعد رقائق النحاس مجرد طبقة موصلة.
إن HTE والخشونة المنخفضة وRTF والرقائق الخاصة بأنظمة الراتنج عالية الأداء تشكّل معًا أساس الاعتمادية والعائد وقابلية التصنيع في الإنتاج الحديث.
