כיום, עם הפיתוח המשגשג של-טכנולוגיות מתקדמות כגון תקשורת 5G, בינה מלאכותית ומחשוב בעל ביצועים גבוהים-, למכשירים אלקטרוניים יש דרישות ביצועים מחמירות יותר ויותר למעגלים. לוחות מעגלים מסורתיים אינם מסוגלים עוד לעמוד בדרישות של אינטגרציה פונקציונלית מורכבת והעברת אותות- במהירות גבוהה, בעוד לוחות היברידיים רב-שכבתיים גבוהים, עם תפיסות העיצוב הייחודיות והיתרונות הטכנולוגיים שלהם, הפכו למפתח לפריצת צווארי בקבוק בביצועים. היא מספקת תמיכה מוצקה לפיתוח-ביצועים גבוהים ומזעור של מכשירים אלקטרוניים על ידי שילוב חדשני של חומרים ותהליכים שונים.
1, מושגי ליבה ומאפיינים של לוח רב שכבתי בלחץ מעורב
(1) ניתוח עמוק של "לחץ מעורב" ו"רב שכבתי גבוה"
המונח 'לחץ מעורב' בלוחות רב-שכבתיים בלחץ מעורב מתייחס למינציה ולשילוב של מספר סוגים של חומרי מצע באותו לוח מעגלים בהתאם לדרישות הפונקציונליות של אזורים שונים. לחומרים אלה יש מאפיינים משלהם במונחים של קבוע דיאלקטרי, מקדם התפשטות תרמית, חוזק מכני ותכונות אחרות. באמצעות שילוב סביר, ניתן להשיג ביצועים משלימים. לדוגמה, באזורים שבהם נדרשת העברת אותות במהירות גבוהה-, נבחרים חומרים בעלי קבוע דיאלקטרי נמוך ומשיק דיאלקטרי נמוך כדי להפחית את הפסדי שידור האות; בשכבת הכוח הנושאת זרמים גבוהים משתמשים בחומרים בעלי עובי רדיד נחושת גבוה יותר ומוליכות תרמית טובה יותר.
גבוה ורב-שכבתי "מדגיש שללוח המעגלים יש יותר שכבות, בדרך כלל יותר מ-10 שכבות, וכמה מוצרים-יוקרתיים יכולים להגיע לעד 30 שכבות או אפילו יותר. מבנה רב-שכבתי זה יכול להשיג פריסה-בצפיפות גבוהה של מעגלים מורכבים בשטח מוגבל, לספק מספיק מקום לשילוב רכיבים אלקטרוניים ולייעל כמות גדולה של רכיבים אלקטרוניים, כמו גם לשפר את הספקת האותות לשילוב של רכיבים אלקטרוניים, לשפר את הספקת החשמל, שיפור הביצועים הכוללים של מערכת המעגלים.
(2) יתרון ביצועים מעולה
הבטחה רבת עוצמה לשלמות האות: לוח המתח המעורב-שכבתי שולט ביעילות בשינויי העכבה במהלך העברת האות על ידי התאמה מדויקת של מאפייני החומר של אזורים שונים. על ידי שילוב של עיצוב חיווט עדין וטכנולוגיית חיבור בין-שכבות, ניתן למזער את השתקפות האות, דיבור הצלב ועיכוב עד כמה שניתן, תוך הבטחת שלמות האותות-במהירות גבוהה (כגון PCIe 5.0, HDMI 2.1 וכו') במהלך השידור, ועמידה בדרישות המחמירות לאיכות מעבד{6}תקשורת{6} גבוהה{7} גבוהה{6}. מודולים וכו'.
יכולות פיזור חום וניהול צריכת חשמל מעולות: בתגובה לבעיה של יצירת חום גבוה במכשירים אלקטרוניים, לוחות רב-שכבתיים בלחץ מעורב גבוה יכולים להטמיע חומרי מצע מוליכות תרמית גבוהה או שכבות פיזור חום מתכת באזורים מרכזיים לייצור חום כדי לבנות תעלות פיזור חום יעילות, להוביל במהירות חום החוצה ולמנוע פגיעה יתר בביצועים של ציוד מקומי. מבחינת ניהול צריכת חשמל, המבנה הרב-שכבתי שלו מאפשר תכנון של שכבות כוח וקרקע עצמאיות. על ידי תכנון העובי והפריסה של רדיד נחושת באופן סביר, ניתן להשיג העברת זרם גבוה יציבה ויעילה, המספקת תמיכה אמינה בכוח עבור רכיבים אלקטרוניים-בעוצמה גבוהה.
משולב מאוד ואופטימיזציה של שטח: העיצוב המבני הרב-שכבתי מאפשר ללוח המעגלים להכיל מודולים ורכיבים פונקציונליים יותר, מצמצם את השימוש בקווי חיבור חיצוניים ומקטין למעשה את הגודל הכולל של ההתקן. יחד עם זאת, טכנולוגיית מתח מעורב יכולה להתאים באופן גמיש את המבנה והביצועים של לוחות מעגלים בהתאם לדרישות פונקציונליות שונות, להשגת אינטגרציה גבוהה של פונקציות בשטח מוגבל, ומהווה אמצעי טכני חשוב להשגת מזעור וקל משקל של מכשירים אלקטרוניים.
2, אתגרי תהליך ייצור של לוח רב שכבתי בלחץ מעורב
(1) התאמת חומרים וקושי למינציה
ישנם הבדלים בפרמטרים כגון מקדם התפשטות תרמית וטמפרטורת מעבר זכוכית בין חומרי מצע שונים. התאמת חומרים לא נאותים במהלך תהליך הלמינציה עלולה להוביל בקלות לבעיות כגון עיוות ודלמינציה של המעגל. לכן, יש צורך לחשב ולבחור במדויק שילובי חומרים, ולשלוט בקפדנות על פרמטרי הטמפרטורה, הלחץ והזמן במהלך תהליך הלמינציה כדי להבטיח שכל שכבת חומר מחוברת בחוזקה, תוך שמירה על השטיחות והיציבות הממדית של המעגל. זה מציב דרישות גבוהות ביותר ליכולות המחקר והפיתוח של החומרים ולרמת בקרת התהליך של היצרנים.
(2) קשיים בעיבוד ובקידוח-בדיוק גבוה
לוחות רב-שכבתיים בלחץ מעורב מכילים בדרך כלל פתחים קטנים (עם פתח מינימלי של עד 0.1 מ"מ) וקווים עדינים (עם רוחב/מרווח קווים נמוך כמו 30 מיקרומטר/30 מיקרומטר), ובשל תכונות חומר שונות, בעיות כגון קירות חורים גסים, סטיות ממדים וחריטה קוים לא אחידים במהלך קדיחה וחריטה אחרים. כדי לפתור בעיות אלו, יש לאמץ טכנולוגיית קידוח לייזר מתקדמת, מכונות חשיפה-בדיוק גבוה וציוד תחריט, בשילוב עם בקרת פרמטרים מדויקת של תהליך כדי להבטיח שדיוק העיבוד עומד בדרישות התכנון, תוך הבטחת עקביות העיבוד בין שכבות חומר שונות.
(3) יישור בין שכבות ואמינות קישורים
ככל שמספר השכבות בלוח המעגלים גדל, דיוק היישור בין השכבות הופך לגורם מפתח המשפיע על איכות המוצר. אפילו קיזוזים קטנים בין השכבות עלולים לגרום לקצרים או למעגלים פתוחים בלוח המעגלים, מה שיוביל לכשל שלו. במהלך תהליך הייצור, נדרשות מערכות יישור-בדיוק גבוה וציוד למינציה מתקדם כדי לשלוט על היסט השכבות בטווח קטן מאוד באמצעות שיטות יישור שונות כגון אופטיקה ומכניקה. בנוסף, עבור מבני חיבור בין-שכבתי כגון חורים עיוורים וחורים קבורים, יש צורך להבטיח את איכות חיפוי חורי מילוי אלקטרו, להבטיח את אמינות החיבורים החשמליים הבין-שכבתיים ולמנוע בעיות כגון הלחמה וירטואלית וחללים.
3, תרחישי יישום רחב של לוח רב שכבתי בלחץ מעורב
(1) תחנת בסיס תקשורת 5G וציוד ליבה
בתחום תקשורת 5G, ציוד תחנות בסיס צריך להתמודד עם העברת נתונים-מסיבית במהירות גבוהה ומשימות עיבוד אותות מורכבות, הדורשות ביצועי העברת אותות גבוהים במיוחד, יכולת פיזור חום ושילוב של לוחות מעגלים. הלוח הרב-שכבתי ההיברידי, עם ביצועי שידור האותות המעולים-הגבוהים שלו ועיצוב פיזור חום יעיל, יכול לענות על הצרכים של רכיבי מפתח כגון מודולי RF ויחידות עיבוד פס בסיס בתחנות בסיס 5G, ועוזר להשיג תקשורת במהירות- גבוהה ויציבה ברשתות 5G. במקביל, בציוד רשת ליבה של 5G, מתגים והתקני רשת אחרים, לוחות מרובי- מתח מעורב ממלאים גם הם תפקיד חשוב בהבטחת עיבוד מהיר ושידור אמין של נתונים.
(2) מחשוב ומרכזי נתונים בעלי ביצועים גבוהים
על מנת להשיג כוח מחשוב רב עוצמה, שרתים וציוד מרכזי נתונים משלבים מספר רב של מעבדים-בעלי ביצועים גבוהים, זיכרון-במהירות גבוהה ומודול אחסון, מה שמציב אתגרים חמורים לאספקת החשמל, העברת האותות ופיזור החום של מעגלים. על ידי אופטימיזציה של עיצוב שכבת הכוח וחיווט האותות, הלוח הרב-שכבתי במתח מעורב יכול לספק הספק יציב וערוצי העברת נתונים- במהירות גבוהה עבור רכיבי ליבה כגון מעבדים. יחד עם זאת, מבנה פיזור החום היעיל שלו יכול להפחית ביעילות את טמפרטורת ההפעלה של הציוד, לשפר את יציבות המערכת והאמינות ולעמוד בדרישות של פעולה רציפה של 7×24 שעות במרכזי נתונים.
(3) ציוד אלקטרוני רפואי ברמה גבוהה
למכשירים אלקטרוניים רפואיים ברמה גבוהה, כגון ציוד הדמיית תהודה מגנטית וסורקי CT, יש דרישות מחמירות ביותר לדיוק, יציבות ובטיחות של לוחות מעגלים. עיצוב הדיוק-הגבוה ושלמות האותות המצוינת של לוח רב-שכבתי בלחץ מעורב יכול לענות על הצרכים של ציוד רפואי לאיתור ועיבוד אותות חלשים, ולהבטיח את הדיוק והאמינות של איכות ההדמיה. יחד עם זאת, התכונות המשולבות ביותר שלו עוזרות להקטין את גודל המכשיר, לשפר את ניידות המכשיר וקלות השימוש, ולקדם את הפיתוח של מכשירים אלקטרוניים רפואיים לכיוונים מתקדמים וחכמים יותר.