המעגל נושא את האחריות הכבדה של העברת אותות וחיבור לחשמל. תהליך שקיעת הנחושת על לוחות מעגלים הוא כמו חוליה מרכזית בהענקת "חיוניות" ללוח המעגלים, אשר יש לה השפעה עמוקה על ביצועי המעגל ואף על המכשיר האלקטרוני כולו.
1, ניתוח קונספט של שקיעת נחושת על לוחות מעגלים
שקיעת נחושת על לוחות מעגלים, המכונה גם ציפוי נחושת כימי או שקיעת נחושת, היא תהליך המנצל את תגובת הפחתת החמצון הקטליטי- שלו כדי לבנות שכבת נחושת על פני הלוח של המעגל. העיקרון הוא להשתמש בחומרים כימיים ספציפיים כדי לקדם את תגובת ההפחתה של יוני נחושת באזורים ספציפיים של לוח המעגלים, ובכך להפקיד וליצור שכבת נחושת.
בתחילת ייצור המעגלים, לרוב חומרי המצע, כגון לוחות פיברגלס, לא הייתה מוליכות בעצמם. כדי להשיג פונקציות שונות של מכשירים אלקטרוניים, המעגלים בלוח המעגלים צריכים להיות מסוגלים להוליך זרם בצורה חלקה. תהליך שקיעת הנחושת עבור לוחות מעגלים הופיע, שיכול "לצמיח" שכבות נחושת מוליכות על פני השטח של מצעים מבודדים, מה שמניח את הבסיס לבנייה שלאחר מכן של רשתות מעגלים מורכבות.
2, תהליך מפורט של טכנולוגיית שקיעת נחושת
עיבוד מקדים בשלב מוקדם
ניקוי וטיהור: במהלך עיבוד מצעי מעגלים, המשטח עלול להיות מזוהם בשמן, אבק וזיהומים אחרים. מזהמים אלו ישפיעו ברצינות על ההידבקות בין שכבת הנחושת למצע בתהליך שקיעת הנחושת שלאחר מכן. לכן, יש צורך תחילה לנקות היטב את התשתית עם חומרי ניקוי וציוד מקצועיים על מנת להבטיח שלא יהיו שאריות זיהומים על פני השטח.
טיפול גיבוש: על מנת להגביר את ההדבקה בין שכבת הנחושת למצע, יש צורך לחספס את פני המצע המנוקה. תהליך זה משתמש בדרך כלל בשיטות כגון תחריט כימי או ליטוש מכני ליצירת מבנים קמורים זעירים על פני המצע. מבנים קמורים קעורים אלה יכולים להגדיל את שטח המגע בין המצע לשכבת הנחושת, בדיוק כמו שחספוס הקיר יכול לגרום לציפוי להיצמד טוב יותר, ולאפשר לשכבת הנחושת שהופקדה לאחר מכן להיקשר חזק יותר עם המצע.
שלב הפעלה: הפעלה היא שלב מכריע בתהליך שקיעת הנחושת. יש לטבול את המצע שעבר טיפול חיספוס בתמיסת הפעלה המכילה יוני מתכת ספציפיים (כגון יוני פלדיום). יוני פלדיום יספגו על פני המצע ויצרו סרט דק בעל פעילות קטליטית. סרט דק זה פועל כ"זרז" לתגובות כימיות, ומעודד תגובות הפחתת יוני נחושת עוקבות להתרחש על פני השטח שלו, ובכך מהווה נקודת מוצא להשקעת שכבת הנחושת.
תהליך ציפוי נחושת כימי
תצורת פתרון ציפוי: תמיסת ציפוי נחושת כימית היא גורם הליבה להשגת תהליך שקיעת נחושת. מרכיביו העיקריים כוללים מלחי נחושת (כגון סולפט נחושת), חומרים מפחיתים (כגון פורמלדהיד, נתרן היפופוספיט וכו'), חומרים קלאטרים (המשמשים לייצוב יוני נחושת בתמיסת הציפוי), ותוספים שונים (כגון מבהירים, חומרי פילוס וכו', המשמשים לשיפור איכות שכבת הנחושת וביצועיה). יש להגדיר רכיבים אלה בפרופורציות מדויקות, ודרישות שונות של לוח מעגלים ותנאי תהליך יכולים לגרום לשונות בניסוחי פתרונות הציפוי.
התקדמות התגובה: המצע המטופל מראש טובל בתמיסת ציפוי נחושת כימית שהוכנה מראש. בתנאי טמפרטורה ו-pH מסוימים, יוני נחושת בתמיסת הציפוי עוברים תגובות חיזור עם חומרים מפחיתים תחת פעולה קטליטית של אתרים מופעלים על פני המצע. יוני נחושת משיגים אלקטרונים ומצטמצמים לאטומי נחושת מתכתיים, ומפקידים בהדרגה שכבת נחושת על פני המצע. ככל שהתגובה נמשכת, שכבת הנחושת מתעבה ברציפות עד שהיא מגיעה לתקן העובי הנדרש.
נהלים לאחר עיבוד
שלבי ניקוי: לאחר ציפוי נחושת, יהיו שאריות של תמיסת ציפוי ותוצרי-לוואי הנוצרים מהתגובה על פני הלוח של המעגל. אם שאריות אלה לא ינוקו בזמן, עלולות להיות להן השפעה שלילית על ביצועי המעגל, כגון גרימת קורוזיה והפחתת ביצועי הבידוד. לכן, יש צורך לשטוף שוב ושוב את המעגל עם כמות גדולה של מים כדי להבטיח שאין פתרון ציפוי שיורי על פני השטח.
בדיקת איכות: זהו חלק חשוב בתהליך שקיעת הנחושת, אשר מעריך את איכות שכבת הנחושת באמצעות שיטות בדיקה שונות. לדוגמה, שימוש במיקרוסקופ כדי לצפות במורפולוגיה של פני השטח של שכבת הנחושת ולבדוק פגמים כגון חורים וסדקים; שימוש בבדיקות אלקטרוניות וציוד אחר לניתוח הרכב וטוהר שכבות הנחושת; השתמש בבדיקת התנגדות כדי לוודא אם המוליכות של שכבת הנחושת עומדת בדרישות. רק לוחות מעגלים שעברו בדיקות איכות קפדניות יכולים להיכנס לשלבי העיבוד הבאים.
טיפול פסיבציה: על מנת לשפר את עמידות הקורוזיה של שכבת הנחושת ולהאריך את חיי השירות של המעגל, טיפול פסיבציה מתבצע בדרך כלל על המעגל המצופה נחושת. טיפול פסיבציה הוא היווצרות של סרט פסיבציה דק במיוחד על פני השטח של לוח מעגלים, שיכול למנוע חמצן חיצוני, לחות ותגובות כימיות אחרות עם שכבת הנחושת, ובכך להגן על שכבת הנחושת. שיטות הפסיבציה הנפוצות כוללות פסיבציה כימית ופסיבציה אלקטרוכימית.
3, התפקיד החשוב של תהליך שקיעת נחושת
בניית מסלולים מוליכים: התפקיד העיקרי של שקיעת נחושת על לוחות מעגלים הוא בניית מסלולים מוליכים על מצעים מבודדים. במכשירים אלקטרוניים מודרניים, רכיבים אלקטרוניים שונים צריכים להיות מחוברים זה לזה באמצעות מעגלים כדי להשיג העברת אותות ותיאום פונקציונלי. שכבת הנחושת שנוצרת בתהליך שקיעת הנחושת היא כמו "כביש מהיר" המאפשר לזרם לזרום בצורה חלקה על גבי המעגל, תוך חיבור הדוק של רכיבים אלקטרוניים שונים יחד כדי להבטיח את פעולתו התקינה של המכשיר האלקטרוני כולו.
שיפור ביצועי העברת האות: לנחושת מוליכות טובה והתנגדות נמוכה, מה שנותן לשכבת הנחושת שנוצרת בתהליך שקיעת הנחושת יתרון משמעותי בהעברת אותות. במעגלי-תדר גבוה, מהירות השידור ואיכות האותות הם קריטיים. שכבות נחושת יכולות להפחית ביעילות הפסדים ועיוותים במהלך שידור האותות, ומבטיחות שניתן להעביר אותות במהירות ובדייקנות לרכיבים אלקטרוניים שונים, ובכך לשפר את מהירות הפעולה ויציבות הביצועים של מכשירים אלקטרוניים. לדוגמה, במעגלים של ציוד תקשורת 5G, תהליך שקיעת נחושת-איכותי ממלא תפקיד מפתח בהבטחת שידור יציב של אותות- במהירות גבוהה.
שיפור החוזק המכני של לוח המעגלים: בנוסף לתפקוד המוליך שלו, שכבת הנחושת שנוצרת על ידי שקיעת נחושת יכולה גם לשפר את החוזק המכני של לוח המעגלים במידה מסוימת. שכבת הנחושת מחוברת בחוזקה למצע, מה שיכול לשפר את הקשיחות הכללית ואת התנגדות הכיפוף של המעגל, מה שהופך אותו פחות נוטה לשבר או נזק כאשר הוא נתון לכוחות חיצוניים. זה חשוב במיוחד עבור מכשירים אלקטרוניים שצריכים לשמש בסביבות מורכבות, כגון לוחות מעגלים באלקטרוניקה לרכב, ציוד תעופה וחלל וכו'.
4, גורמים המשפיעים על איכות שקיעת הנחושת
הרכב ויציבות של תמיסת ציפוי: כאמור, הרכב תמיסת ציפוי נחושת ללא אלקטרו מורכב ודרישות הפרופורציה קפדניות. ריכוז מופרז או לא מספיק של יוני נחושת בתמיסת הציפוי עלול להשפיע על קצב השקיעה ואיכות שכבת הנחושת. ריכוז מוגזם עלול להוביל לצמיחה מהירה של שכבת הנחושת, וכתוצאה מכך פגמים כגון חספוס ונקבוביות; אם הריכוז נמוך מדי, מהירות הציפוי תהיה איטית מדי ויעילות הייצור תהיה נמוכה. כמו כן, לתכולה ויציבותם של חומרים מצמצמים, חומרי קומפלקס ותוספים בתמיסת הציפוי יכולה להיות השפעה משמעותית על איכות שכבת הנחושת. כל תנודה או הידרדרות של רכיב כלשהו עלולים לגרום לשינויים בביצועים של תמיסת הציפוי, ובכך להשפיע על אפקט שקיעת הנחושת.
בקרת פרמטרים של תהליך: נדרשת בקרה מדויקת של פרמטרי תהליך כגון טמפרטורה, ערך pH וזמן תגובה במהלך תהליך שקיעת הנחושת. טמפרטורה מוגזמת יכולה להאיץ את קצב התגובה של תמיסת הציפוי, אך היא עלולה להוביל להתגבשות גסה של שכבת הנחושת ולירידה באיכות פני השטח; אם הטמפרטורה נמוכה מדי, קצב התגובה עלול להאט ואף למנוע מהתגובה להתנהל כרגיל. לערך ה-pH יש השפעה משמעותית על היציבות והתגובתיות של תמיסת הציפוי, ולניסוחים שונים של תמיסות ציפוי יש טווחי ערכי pH מתאימים. זמן התגובה קצר מדי ועובי שכבת הנחושת אינו מספיק כדי לעמוד בדרישות מוליכות המעגל והביצועים; אם זמן התגובה ארוך מדי, זה עלול לגרום לשכבת הנחושת להיות עבה מדי, להעלות עלויות, ועלול להוביל גם לבעיות איכות אחרות, כמו ירידה בהיצמדות בין שכבת הנחושת למצע.
חומר המצע והשפעת-הקדם: לחומרים שונים של מצעי לוח מעגלים יש מאפייני משטח שונים ותאימות עם שכבות נחושת. לדוגמה, הביצועים של מצעים כגון לוח פיברגלס ולוח פוליאמיד במהלך שקיעת נחושת משתנים. בינתיים, איכות הטיפול הקדם- של המצע משפיעה ישירות על ההדבקה והאיכות הכוללת של שכבת הנחושת. אם הניקוי אינו יסודי, אפקט החיספוס גרוע, או ההפעלה אינה מספקת במהלך תהליך העיבוד המקדים, הדבר יוביל לחיבור חלש בין שכבת הנחושת למצע, וכתוצאה מכך פגמים כגון דלמינציה ושלפוחיות.