แผ่นวงจรพิมพ์ทองแดงหนา

หมายถึงแผ่นวงจรพิมพ์ที่มีความหนาของแผ่นฟอยล์ทองแดง ≥3 ออนซ์ (105 ไมโครเมตร) ซึ่งใช้ในแหล่งจ่ายไฟกำลังสูง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์ เป็นต้น

โดยทั่วไปแล้วจะมีขนาดให้เลือก 3 ออนซ์, 4 ออนซ์, 5 ออนซ์, 6 ออนซ์ และสูงสุดไม่เกิน 20 ออนซ์

ต้นทุนการผลิตสูงขึ้น 30%-80% เนื่องจากการกัดกร่อนที่ยากลำบาก ระยะเวลาการชุบด้วยไฟฟ้าที่ยาวนาน และอัตราของเสียสูง

สำหรับแผ่นฟอยล์ทองแดงขนาด 3 ออนซ์ ความหนาแบบทั่วไปคือ 8 มิลลิเมตร/8 มิลลิเมตร และกระบวนการพิเศษสามารถทำให้ได้ความหนา 5 มิลลิเมตร/5 มิลลิเมตร

ต้องใช้กระบวนการการตกตะกอนในระยะยาวเพื่อให้แน่ใจว่าชั้นทองแดงมีความสม่ำเสมอ ความหนาของทองแดงในรูต้องอยู่ที่ 25-75 ไมโครเมตร และมีแนวโน้มที่จะเกิดความแตกต่างของความหนาระหว่างปากรูและผนังรูได้

โดยปกติจะมีค่าอยู่ที่ 0.8-1.2 ซึ่งสามารถเพิ่มขึ้นได้มากกว่า 1.5 โดยใช้วิธีการกัดเซาะเป็นขั้นๆ หรือการขึ้นรูปด้วยเลเซอร์

เพิ่มรูระบายความร้อน (ขนาดรู ≥0.4 มม.) ใช้วัสดุตัวนำความร้อนที่ทำจากโลหะ และออกแบบชั้นฟอยล์ทองแดงที่มีพื้นที่ขนาดใหญ่

สำหรับแผ่นฟอยล์ทองแดงขนาด 1 ออนซ์ ความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าของการเดินสายด้านเดียวที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10℃ จะอยู่ที่ประมาณ 1A/mm และสำหรับแผ่นฟอยล์ขนาด 3 ออนซ์ ความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเป็น 2.5-3A/mm

แผ่นฟอยล์ทองแดงยิ่งหนา ความยืดหยุ่นยิ่งน้อยลง ไม่แนะนำให้ดัดงอสำหรับแผ่นฟอยล์ที่มีความหนาเกิน 6 ออนซ์ และรัศมีการดัดงอขั้นต่ำสำหรับแผ่นฟอยล์ขนาด 3 ออนซ์ ต้องมากกว่าหรือเท่ากับ 5 มิลลิเมตร

ระยะขอบความกว้างของเส้น ≥20%, รูรับแสงขั้นต่ำ ≥0.3 มม., ความหนาของทองแดงในรู ≥25 μm และเพิ่มความหนาแน่นของจุดทดสอบ

ความเร็วในการหมุนต่ำกว่า PCB ทั่วไปประมาณ 20%-30% (ประมาณ 60,000-80,000 รอบต่อนาที) และอัตราการป้อนอยู่ที่ 0.02-0.04 มม./รอบ

ENIG เหมาะสำหรับสัญญาณความถี่สูง OSP มีต้นทุนต่ำแต่ทนต่อการเกิดออกซิเดชันได้น้อย การชุบทองแข็งเหมาะสำหรับขั้วต่อที่มีการเสียบใช้งานบ่อย

ที่ย่านความถี่ 10GHz การสูญเสียสัญญาณของแผ่นฟอยล์ทองแดงขนาด 6 ออนซ์จะสูงกว่าแผ่นฟอยล์ทองแดงขนาด 1 ออนซ์ประมาณ 1.5dB ต่อหนึ่งนิ้ว

การออกแบบแผ่นฟอยล์ทองแดงแบบสมมาตร อุณหภูมิการเคลือบ 180-200℃ ความดัน 100-150 psi อัตราการระบายความร้อน ≤3℃/นาที

มาตรฐาน IPC กำหนดให้ความละเอียด ≤12.5 μm สัญญาณความเร็วสูงต้องการความละเอียด ≤5 μm ซึ่งสามารถปรับปรุงได้โดยการตกตะกอนทองแดงทางเคมีและการเติมด้วยไฟฟ้า

โดยเฉลี่ยในอุตสาหกรรม ผลผลิตอยู่ที่ 75%-85% และผลผลิตสำหรับขนาดที่มากกว่า 6 ออนซ์ อาจลดลงต่ำกว่า 70%

ยานยนต์พลังงานใหม่ (แท่นชาร์จ, อินเวอร์เตอร์), แหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรม, แหล่งจ่ายไฟเซิร์ฟเวอร์, อวกาศ และสาขาอื่นๆ

โดยทั่วไปความหนาจะอยู่ที่ 0.8-1.2 มิลลิเมตร แต่สำหรับการใช้งานแรงดันสูงจะต้องใช้ความหนา 1.5-2 มิลลิเมตร ซึ่งจำเป็นต้องหุ้มแผ่นฟอยล์ทองแดงเพื่อป้องกันการรั่วซึมของกระแสไฟฟ้า

ลดขั้นตอนพิเศษต่างๆ กำหนดความหนาของแผ่นฟอยล์ทองแดงให้เป็นมาตรฐานเดียวกัน ขยายขนาดการผลิต และหลีกเลี่ยงการใช้รูเจาะแบบซ่อน/ฝังมากเกินไป

ความสามารถในการบำบัดของสารละลายชุบทองแดงที่เป็นกรดอยู่ที่ประมาณ 100-150 Ah/L และจำเป็นต้องวิเคราะห์ความเข้มข้นของไอออนทองแดงและไอออนคลอไรด์อย่างสม่ำเสมอ

แรงลอกต้อง ≥1.5N/mm (1 ออนซ์) และ ≥2.5N/mm (3 ออนซ์)

ใช้แผ่นรองพื้นที่มีค่า Tg สูง (≥170℃) แรงกดในการเคลือบที่สม่ำเสมอ และกำจัดเศษวัสดุจากการเจาะออกทันทีหลังการเจาะ

สารละลายกัดผิวแบบด่างมีอุณหภูมิ 45-55℃ ความหนาแน่นจำเพาะ 1.2-1.3 แรงดันการพ่น 0.8-1.2MPa

ต้องปิดรูเชื่อมต่อ (vias) ด้วยมาสก์บัดกรี 100% และขนาดของช่องเปิดจะต้องใหญ่กว่ารูเดิม 0.2-0.3 มม. เพื่อป้องกันไม่ให้ตะกั่วบัดกรีไหลล้น

การเปลี่ยนแปลงความหนาของแผ่นฟอยล์ทองแดงทำให้เกิดความผันผวนของอิมพีแดนซ์ จึงจำเป็นต้องจำลองและปรับความกว้างของเส้นและความหนาของฉนวนให้เหมาะสม โดยมีค่าความคลาดเคลื่อน ±5%

กระบวนการแบบดั้งเดิมมีความละเอียด 0.3 มม. ส่วนการเจาะด้วยเลเซอร์สามารถทำได้ถึง 0.15 มม. แต่มีต้นทุนสูง

ต้องผ่านการทดสอบการแช่ดีบุกสามครั้งที่อุณหภูมิ 260℃/10 วินาที โดยไม่มีการแยกตัวของผนังรูหรือการลอกของแผ่นทองแดง

เมื่อค่าความหยาบผิว Ra > 3 μm การสูญเสียสัญญาณจะเพิ่มขึ้น 10%-15% และจำเป็นต้องใช้แผ่นฟอยล์ทองแดงที่มีความหยาบผิวต่ำ (VLP)

ใช้การออกแบบแผ่นฟอยล์ทองแดงแบบตาข่าย เพิ่มเส้นทางการลัดวงจรของกระแส และความกว้างของเส้นทางหลัก ≥10 มิลลิเมตร

โดยทั่วไปต้องมีความหนา ≥4 มิลลิเมตร ส่วนแรงดันสูงต้องมีความหนา ≥8 มิลลิเมตร เพื่อป้องกันการลัดวงจรและเกิดประกายไฟ

ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า 0.8-1.2 A/dm² การควบคุมความเข้มข้นของสารเติมแต่งอย่างแม่นยำ และเวลาในการชุบด้วยไฟฟ้าจะนานกว่าแผงวงจรพิมพ์ทั่วไป 2-3 เท่า

ใช้เครื่องมือวัดเชิงแสง 3 มิติ ที่มีค่าการบิดเบี้ยว ≤0.7% และการเสียรูปเฉพาะจุด ≤0.1 มม.

ระยะเวลาการจุ่ม ≤3 วินาที มุมการเปียก

ปรับปรุงการออกแบบแผง ลดเศษวัสดุบริเวณขอบ และใช้การออกแบบแบ่งโซนความหนาของแผ่นฟอยล์ทองแดงแบบขั้นบันได

ความเข้มข้นของไอออนแพลเลเดียม 0.02-0.05 กรัม/ลิตร อุณหภูมิ 30-35 องศาเซลเซียส ระยะเวลา 10-15 นาที เพื่อให้แน่ใจว่าผนังรูได้รับการเคลือบอย่างสม่ำเสมอ

ฉนวนที่มีความหนา 1 มิลลิเมตร สามารถทนแรงดันได้ประมาณ 500 โวลต์ และระยะห่างของฉนวนและระยะห่างของแผ่นทองแดงต้องได้รับการออกแบบให้เหมาะสมกับระดับแรงดันไฟฟ้า

ความชื้นในการจัดเก็บ ≤40%, อุณหภูมิ ≤25℃, บรรจุภัณฑ์ทันทีหลังจากการเตรียมพื้นผิว โดยใช้ถุงกันความชื้นและสารดูดความชื้น

ความเร็วรอบของหัวกัด 25,000-30,000 รอบต่อนาที อัตราการป้อน 800-1200 มม./นาที เพื่อป้องกันการเกิดเสี้ยนที่ขอบ

อบที่อุณหภูมิ 150-160℃ เป็นเวลา 60-90 นาที ความแข็ง ≥2H และการยึดเกาะผ่านการทดสอบการตัดขวาง

ความกว้างของพื้นที่ที่แบ่งต้องมากกว่าหรือเท่ากับ 20 มิลลิเมตร หลีกเลี่ยงมุมแหลม และเชื่อมต่อชั้นพลังงานต่างๆ ด้วยอาร์เรย์เวีย

ค่าความแข็งวิคเกอร์ ≥80HV เพื่อป้องกันความเสียหายทางกลและการสึกหรอ

กระบวนการ DES ความเข้มข้นของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต 80-100 กรัม/ลิตร อุณหภูมิ 60-70 องศาเซลเซียส ระยะเวลา 15-20 นาที

ใช้วัสดุไดอิเล็กทริกที่มีค่า Dk/Df ต่ำ ควบคุมความหยาบของแผ่นฟอยล์ทองแดง และปรับปรุงความต่อเนื่องของระนาบกราวด์ให้เหมาะสมที่สุด

อบอ่อนหลังการเคลือบ โดยคงอุณหภูมิไว้ที่ 120-150℃ เป็นเวลา 2-3 ชั่วโมง เพื่อคลายความเครียด

ต้องทนทานต่อการเช็ดด้วยไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ ฟลักซ์ ฯลฯ โดยไม่บวมหรือเปลี่ยนสี

ควรเว้นระยะห่างอย่างน้อย 20 มิลลิเมตร เพื่อหลีกเลี่ยงความหนาแน่นและความร้อนสูงเกินไป และสามารถใช้รูปแบบการจัดวางแบบดอกบ๊วยได้

เทคโนโลยีการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าแบบพัลส์ ระยะห่างระหว่างขั้วบวกกับแผ่นวงจร 10-15 ซม. และตรวจสอบความสามารถในการละลายของขั้วบวกอย่างสม่ำเสมอ

ต้นทุนการเจาะด้วยเลเซอร์สูงกว่าประมาณ 3-5 เท่า แต่มีความแม่นยำสูงกว่าและขนาดรูเจาะเล็กกว่า

การเชื่อมด้วยสารละลายเงินนั้นรวดเร็ว ENIG มีความน่าเชื่อถือสูง และ OSP ต้องทำการเชื่อมให้เสร็จภายใน 72 ชั่วโมง

เลือกวัสดุรองรับที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ใกล้เคียงกับแผ่นฟอยล์ทองแดง (เช่น FR-4 ที่มีค่า Tg สูง โดยมีค่า CTE ประมาณ 14 ppm/℃) เพื่อลดความเครียดจากความร้อน

มาตรฐาน IPC กำหนดให้มีรูพรุน ≤10 รู/cm² และสำหรับการใช้งานที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง กำหนดให้มีรูพรุน ≤5 รู/cm² ซึ่งสามารถปรับปรุงได้โดยการชุบด้วยไฟฟ้าแบบทะลุรู

เส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นรอง = เส้นผ่านศูนย์กลางของรู + 0.6 มม. (แบบทั่วไป) และจำเป็นต้องเพิ่มขนาดอีก 0.1-0.2 มม. ในกรณีที่ใช้ทองแดงหนา เพื่อชดเชยความเบี่ยงเบนจากการกัดเซาะ

สารกันบัดกรีสีดำดูดซับความร้อนได้ดี โดยมีอุณหภูมิพื้นผิวสูงกว่าสารกันบัดกรีสีขาว 3-5℃ แต่มีผลกระทบต่อการระบายความร้อนโดยรวมน้อย

ความหนาของชั้นนิกเกิล 3-5 ไมโครเมตร ความหนาของชั้นทอง 0.05-0.1 ไมโครเมตร ค่า pH ของสารละลายชุบ 4.8-5.2 อุณหภูมิ 85-90 องศาเซลเซียส

ใช้วิธีการกัดกร่อนทางเคมีระดับไมโคร โดยควบคุมปริมาณการกัดกร่อนให้อยู่ในช่วง 0.5-1 ไมโครเมตร หรือใช้วิธีการเจียรเชิงกล

แรงดันไฟฟ้าทดสอบทั่วไปคือ 1000 โวลต์ AC ต่อ 1 นาที และสำหรับการใช้งานแรงดันสูงจำเป็นต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็น 2000-5000 โวลต์ AC

สำหรับแผ่นฟอยล์ทองแดงขนาดต่ำกว่า 3 ออนซ์ แนะนำให้ความหนาแน่นของการเดินสายไฟด้านเดียวไม่เกิน 15 ตารางเซนติเมตรต่อ 100 ตารางเซนติเมตร และสำหรับแผ่นวงจรหลายชั้น จำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างความสมบูรณ์ของสัญญาณและความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้า

อัตราการยืดตัวควรมีค่า ≥20% เพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่เกิดการแตกหักภายใต้แรงทางกล

ความแม่นยำอยู่ที่ ±50 ไมโครเมตร (แบบดั้งเดิม) และแผงวงจรความเร็วสูงจำเป็นต้องปรับปรุงให้มีความแม่นยำ ±25 ไมโครเมตร โดยใช้ระบบกำหนดตำแหน่งด้วยเลเซอร์

ต้องทนต่อการบัดกรีแบบรีโฟลว์ที่อุณหภูมิ 280℃ เป็นเวลา 5 วินาที โดยไม่เกิดฟองอากาศหรือรอยแตก

การทดสอบการลอกแบบ 90° ใช้เพื่อบันทึกแรงลอกต่อหน่วยความกว้าง โดยมีมาตรฐาน ≥1.5N/mm

อัตราส่วนของความลึกของรูตันต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของรู (อัตราส่วนด้าน) ≤3:1 เพื่อป้องกันการเติมผิวเคลือบด้วยไฟฟ้าที่ไม่สมบูรณ์

ปริมาณฟอสฟอรัสในชั้นชุบนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าควรควบคุมให้อยู่ที่ 7%-9% เพื่อให้มั่นใจได้ถึงความต้านทานการกัดกร่อน

มีการใช้หัวกัดเคลือบผิว (เช่น การเคลือบ TiAlN) และจะเปลี่ยนหัวกัดเป็นประจำ (เปลี่ยนทุกๆ 50-100 ตารางเมตรของการประมวลผล)

ควบคุมความต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ ลดความยาวของสตับผ่าน ใช้การส่งสัญญาณแบบดิฟเฟอเรนเชียล และเพิ่มชั้นป้องกันสัญญาณรบกวน

โดยทั่วไปความแม่นยำจะอยู่ที่ ±10% และสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูง จำเป็นต้องควบคุมความคลาดเคลื่อนให้อยู่ภายใน ±5%

ผ่านการทดสอบแบบตัดขวาง และถือว่าผ่านเกณฑ์หากพื้นที่ผิวที่เหลืออยู่หลังจากการลอกเทปออกมีค่า ≤5%

มีการใช้การหล่อทองแดงเป็นรูปทรงตาราง (ระยะห่างของตาราง ≤10 มิลลิเมตร) เพื่อปรับสมดุลการนำกระแสไฟฟ้าและการส่งสัญญาณกลับ

ความเค้นดึง ≤15 MPa, ความเค้นอัด ≤10 MPa เพื่อป้องกันการเสียรูปของแผ่นฟอยล์ทองแดง

ไม่พบคราบเรซินหรือเศษวัสดุจากการเจาะ ซึ่งได้รับการยืนยันจากการตรวจสอบภาคตัดขวางทางโลหะวิทยาแล้ว

หลังจากบ่มที่อุณหภูมิ 85℃/ความชื้นสัมสัมพัทธ์ 85% เป็นเวลา 168 ชั่วโมง ความแตกต่างของสี ΔE≤3

มีการใช้เครื่องวัดโปรไฟล์พื้นผิวเพื่อวัดค่า Ra และค่า Ra ของแผ่นฟอยล์ทองแดงทั่วไปจะมีค่า ≤5 μm

รูเจาะขนาด 0.5 มม. เพียงรูเดียวสามารถรองรับกระแสไฟฟ้าได้ประมาณ 0.5-1 แอมป์ และจำนวนรูเจาะจะต้องกำหนดตามความต้องการกระแสไฟฟ้าจริง

เครื่องวัดสเปกตรัมฟลูออเรสเซนซ์รังสีเอ็กซ์ (XRF) ใช้ในการวัดความหนาของชั้นทองแดงในตำแหน่งต่างๆ โดยมีความคลาดเคลื่อน ≤10%

ค่าความคลาดเคลื่อนของขนาดโครงร่าง ±0.1 มม. ค่าเบี่ยงเบนของมุม ±0.5°

ปรับค่าความต้านทานของขั้วต่อให้เหมาะสม ปรับโครงสร้างเส้นทางเดินสัญญาณให้เหมาะสม และลดเส้นทางเดินสัญญาณที่ทำมุมฉากและความไม่ต่อเนื่องของค่าความต้านทาน

การเกิดออกซิเดชันเล็กน้อยสามารถแก้ไขได้ด้วยการกัดผิวด้วยสารเคมีระดับไมโคร และการเกิดออกซิเดชันอย่างรุนแรงจำเป็นต้องทำการปรับสภาพพื้นผิวใหม่

ความตึงของหน้าจอ 25-35 นิวตัน/ซม., แรงกดของยางปาดน้ำ 3-5 กก./ซม., ความเร็ว 30-50 มม./วินาที

ชั้นพลังงานและชั้นกราวด์อยู่ติดกัน ชั้นสัญญาณอยู่ตรงกลาง และความหนาของตัวกลางมีความสม่ำเสมอ

ใช้เครื่องทดสอบความแข็งแบบไมโครวิคเกอร์ โดยตั้งระยะห่างระหว่างจุดทดสอบ ≥0.5 มม. และนำค่าเฉลี่ยมาใช้

ใช้วิธีการกำหนดตำแหน่งจุดทำเครื่องหมาย และอุปกรณ์ AOI จะตรวจจับและชดเชยความคลาดเคลื่อน

หลังจากถู 500 ครั้ง (แรงกด 500 กรัม) ไม่พบร่องรอยการสึกหรอหรือการเผยตัวของทองแดงอย่างชัดเจน

ใช้ชั้นวัสดุรองรับ (เช่น ฟิล์มกาวนำความร้อน) หรือออกแบบร่องระบายความเครียด

สามารถใช้วิธีการอุดด้วยเรซินร่วมกับการชุบผิวด้วยไฟฟ้า หรือการอุดด้วยตะกั่วบัดกรีแล้วทำการอบแห้งได้

ใช้วิธีการวัดการซึมผ่านของก๊าซหรือการสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์โลหะวิทยาเพื่อคำนวณจำนวนรูพรุนต่อหน่วยพื้นที่

ความเร็วที่สูงเกินไปมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดครีบ และความเร็วที่ต่ำเกินไปจะส่งผลต่อประสิทธิภาพ ซึ่งจำเป็นต้องปรับตามความหนาของแผ่นฟอยล์ทองแดง

เพิ่มระยะห่างระหว่างเส้นทางเดินสัญญาณ (กฎ ≥3W) แทรกสายกราวด์ชีลด์ และปรับการจัดสรรเลเยอร์การเดินสายให้เหมาะสม

ความเค้นตกค้างจะทำให้แผ่นฟอยล์ทองแดงเสียรูปและแตกร้าว ส่งผลให้ความน่าเชื่อถือในระยะยาวลดลง

ข้อบกพร่องเฉพาะจุดสามารถพิมพ์ซ้ำได้ด้วยตนเอง ส่วนข้อบกพร่องบริเวณกว้างจำเป็นต้องพิมพ์ซ้ำและทำการแก้ไขให้เรียบร้อย

ระยะห่างระหว่างท่อส่ง ≥20 มิลลิเมตร จำนวนท่อส่งจะคำนวณตามความต้องการในการรับกระแสไฟฟ้า และกระจายอย่างสมมาตร

วิธีการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์หรือการทดสอบวงแหวนความเค้นถูกนำมาใช้เพื่อหาปริมาณค่าความเค้นภายใน

พื้นผิวที่หยาบมากเกินไปจะทำให้การชุบด้วยไฟฟ้าไม่สม่ำเสมอและเพิ่มความแตกต่างของความหนาของทองแดงในรู

หลังจากการทดสอบการเสื่อมสภาพจากรังสียูวี (500 ชั่วโมง) ไม่พบการเปลี่ยนสีหรือการเกิดคราบขาว

การชุบทองแบบแข็งมีอายุการใช้งานในการเสียบและถอดมากกว่า 1,000 ครั้ง ในขณะที่กระบวนการชุบทองแบบจุ่มมีอายุการใช้งานประมาณ 50-100 ครั้ง

ต้นทุนของ vias แบบปิดและฝังนั้นสูงกว่า vias แบบทะลุ 30%-50% และต้นทุนที่เพิ่มขึ้นจะมีความสำคัญมากขึ้นในกรณีที่ใช้ทองแดงหนา