الوضع الحالي واتجاهات تطوير رقائق النحاس المدرفلة
رقائق النحاس هي مادة خام رئيسية لا غنى عنها لصنع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، والصفائح المغطاة بالنحاس (CCL) وبطاريات الليثيوم أيون. يمكن تقسيم رقائق النحاس الصناعية إلى فئتين: رقائق النحاس المدرفلة ورقائق النحاس الإلكتروليتية وفقًا لعملية التصنيع.
يتم تصنيع رقائق النحاس كهربائيا من خلال التحليل الكهربائي للنحاس باستخدام المبادئ الكهروكيميائية. الهيكل الداخلي للرقائق الخام عبارة عن هيكل بلوري عمودي يشبه الإبرة، وتكلفة إنتاجه منخفضة نسبيًا. يتم تصنيع رقائق النحاس المدرفلة باستخدام مبدأ معالجة البلاستيك من خلال عمليات الدرفلة والتليين المتكررة لسبائك النحاس. هيكلها الداخلي عبارة عن هيكل بلوري قشاري، ومنتج رقائق النحاس المدرفلة لديه ليونة جيدة. في هذه المرحلة، يتم استخدام رقائق النحاس الإلكتروليتية بشكل أساسي في إنتاج لوحات الدوائر الصلبة، بينما يتم استخدام رقائق النحاس المدرفلة بشكل أساسي في لوحات الدوائر المرنة وعالية التردد.
1. خصائص رقائق النحاس المدرفلة
بالمقارنة مع رقائق النحاس كهربائيا، رقائق النحاس المدرفلة لديها الخصائص التالية.
1.1 عملية الإنتاج معقدة وتكلفة الإنتاج مرتفعة
نسبة عملية الإنتاج لرقائق النحاس المدرفلة (صهر النحاس الكاثود - الصب - التسخين - الدرفلة على الساخن - الطحن - الدرفلة الخشنة على البارد - التلدين - التخليل - درفلة التشطيب على البارد - التلدين - القص - درفلة الرقائق - معالجة السطح - القص) تعتبر معالجة رقائق النحاس التحليلية (صهر النحاس - صناعة رقائق التحليل الكهربائي - المعالجة السطحية - القص) أكثر تعقيدًا. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على جودة المنتج وإنتاجية رقائق النحاس المدرفلة. ولذلك فإن إنتاج رقائق النحاس المدرفلة أمر صعب ويصعب إنتاجه. تكلفة أعلى.
1.2 يخضع سمك وعرض رقائق النحاس لقيود
يتم تصنيع رقائق النحاس المدرفلة عن طريق سبائك النحاس المتداولة بشكل متكرر. نظرًا لطريقة المعالجة، وخاصة القيود المفروضة على تقنية لف رقائق النحاس، فإن سمكها وعرضها يخضعان لقيود معينة. يبلغ الحد الأقصى لسمك رقائق النحاس المدرفلة المنتجة تجاريًا أكثر من 6 ميكرومتر وعرضها أقل من 800 مم. 1.3 درجة نقاء عالية ومرونة عالية وخشونة سطح منخفضة
بسبب طرق التصنيع المختلفة لرقائق النحاس المدرفلة ورقائق النحاس الإلكتروليتية، يمكن أن تصل نقاء رقائق النحاس المدلفن إلى 99.9%، وهي أعلى من 99.8% من رقائق النحاس الإلكتروليتية.
بالمقارنة مع البنية البلورية المتقشرة لرقائق النحاس المدرفلة والحالة البلورية العمودية التي تشبه الإبرة لرقائق النحاس الإلكتروليتية، فإن مقاومة الانحناء لرقائق النحاس المدرفلة العادية هي أكثر من ضعف مقاومة رقائق النحاس الإلكتروليتية القياسية تحت نفس المواصفات؛ ونظرًا لوجود فرق كبير بين خشونة السطح غير اللامع وخشونة السطح الأملس. تختلف أيضًا مقاومة الانثناء لرقائق النحاس الإلكتروليتية القياسية بشكل كبير في اتجاهات الانحناء المختلفة، في حين أن الفرق في مقاومة الانثناء لرقائق النحاس المدرفلة يكون أصغر. تحدد طريقة إنتاج رقائق النحاس المدرفلة نعومتها الموحدة على السطح. بشكل عام، يمكن أن تصل خشونة السطح (Rz) للرقائق الخام من رقائق النحاس الملفوفة إلى 1μm، وهو خمس خشونة السطح لرقائق النحاس الخام القياسية. نظرًا لتأثير الشحنات على الجلد، في عملية نقل الشحنات عالية التردد، فإن الخواص الكهربائية لرقائق النحاس المدرفلة ذات الخشونة الصغيرة أفضل بكثير من تلك الخاصة برقائق النحاس الإلكتروليتية ذات الخشونة الأكبر. يوضح الجدول 1 مقارنة بين الخصائص الرئيسية لرقائق النحاس المدرفلة ورقائق النحاس المُدلفنة كهربائيًا. ويبين الجدول 2 القيم المُقاسة للخصائص الرئيسية لرقائق النحاس المُدلفنة ورقائق النحاس المُدلفنة.
image.png
image.png
1.4 وسائل مرنة لتحسين الأداء وتطوير منتجات جديدة
يتم إنتاج رقائق النحاس كهربائيا عن طريق التحليل الكهربائي للنحاس. إذا كنت ترغب في تحسين أداء رقائق النحاس كهربائيا أو تطوير منتجات جديدة، فلا يمكنك تحقيق ذلك إلا عن طريق ضبط ظروف عملية التحليل الكهربائي لرقائق النحاس كهربائيا. يتم تصنيع رقائق النحاس المدرفلة من الشريط التقليدي من خلال عمليات الدرفلة والتليين المتكررة. يمكن تنسيقه عن طريق السبائك الدقيقة لمادة الشريط، والتحكم في معدل معالجة رقائق النحاس، وضبط إجراءات التلدين. للحصول على رقائق النحاس المدرفلة بمتطلبات أداء مختلفة مثل القوة العالية والمرونة العالية والاستطالة العالية ودرجة حرارة التليين العالية.
2. الوضع الحالي واتجاهات التطوير لرقائق النحاس المدرفلة
حاليًا، أكثر من 90% من الطاقة الإنتاجية العالمية لرقائق النحاس المدرفلة تقع في أيدي الشركات المصنعة اليابانية، انظر الجدول 3؛ وأكثر من 80% من الطاقة الإنتاجية للمصنعين اليابانيين تتركز في اليابان، انظر الجدول 4. ونظرًا لأن الطاقة الإنتاجية لرقائق النحاس المدرفلة مركزة جدًا وتكلفة الإنتاج مرتفعة، فإن إنتاجها وسعرها غير مؤكدين إلى حد كبير. من أجل تقليل التكاليف وتجنب مخاطر توريد المواد الخام، يتعين على معظم الصناعات مثل لوحات الدوائر المطبوعة وبطاريات الليثيوم حاليًا استخدام رقائق النحاس الإلكتروليتية لتحل محل رقائق النحاس المدرفلة، وقد شجع هذا مصنعي رقائق النحاس الإلكتروليتية على الاستثمار في رقائق النحاس الإلكتروليتية عالية الليونة رقائق النحاس والنحاس كهربائيا منخفض المستوى. هناك طفرة في تطوير رقائق النحاس الخاصة بالتحليل الكهربائي مثل الرقائق. ومع ذلك، نظرًا لطريقة تصنيعها، فإن مرونتها وخشونة سطحها وخصائصها الأخرى لا تزال غير قابلة للمقارنة برقائق النحاس المدرفلة.
image.png
نظرًا لارتفاع تكلفة رقائق النحاس المدرفلة، تُستخدم رقائق النحاس المدرفلة حاليًا بشكل أساسي في صناعة لوحات الدوائر المرنة التي تتطلب مرونة عالية في الرقائق وخشونة السطح، وبطاريات الليثيوم الإلكترونية عالية الأداء، وبعض الأجزاء التي تتطلب إرسال إشارات عالي التردد. في صناعة ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ترتبط التغيرات وتطور الطلب على رقائق النحاس المدرفلة ارتباطًا وثيقًا بتطور هذه الصناعات. لوحة الدائرة المرنة عبارة عن دائرة مطبوعة ذات موثوقية عالية ومرونة عالية مصنوعة من فيلم البوليستر أو بوليميد كمادة أساسية ومحفورة لتشكيل خطوط على رقائق النحاس. يتميز هذا النوع من لوحات الدوائر بخصائص كثافة الأسلاك العالية، والسمك الرفيع، والوزن الخفيف، والحد الأدنى من مساحة الأسلاك، وقابلية الطي، والمرونة العالية، والقدرة على التحرك والتوسع في مساحة ثلاثية الأبعاد لتحقيق تكامل تجميع المكونات وتوصيل الأسلاك . وغيرها من الخصائص التي تتوافق مع اتجاه تطور المنتجات الإلكترونية نحو الخفة والنحافة والتصغير.
مع تطور المنتجات الإلكترونية في اتجاه الخفة والنحافة والتصغير، أصبح من المطلوب أن تصبح المعدات الإلكترونية أكثر تعقيدًا، وتتطلب المزيد والمزيد من الأجزاء. أصبحت متطلبات كثافة التوصيل البيني وتركيب أجزاء الدوائر المطبوعة أعلى وأعلى. على لوحة الدوائر المطبوعة، تتقلص مسافة التلامس بين مكونات الدائرة، الأمر الذي يتطلب تطبيق أسلاك عالية الكثافة وتقنية الميكروفيا لتحقيق الهدف. كلما كانت رقاقة النحاس أرق، كان من الأسهل تجنب الدوائر القصيرة في الدوائر الدقيقة بسبب "التآكل الجانبي" وتحقيق ثقب الفتحة الدقيقة، وبالتالي ضمان الموثوقية العالية للوحات الدوائر المطبوعة.
بالمقارنة مع البطاريات الأخرى عالية الأداء، تتمتع بطاريات الليثيوم الإلكترونية بمزايا الطاقة المحددة العالية، وعدم وجود تأثير للذاكرة، ودورة حياة طويلة، وعدم التلوث، وصغر الحجم وخفيفة الوزن، وأصبحت مصدر الطاقة المفضل للمنتجات الإلكترونية المحمولة. يتوسع تطبيق رقائق النحاس المدرفلة في صناعة بطاريات الليثيوم عالية الأداء (خاصة في البطاريات المدرفلة) تدريجيًا بسبب خشونة سطحها المنخفضة وليونتها الجيدة بعد المعالجة الحرارية، وهي مناسبة لعمليات تصنيع البطاريات. في نقل الإشارات عالية التردد، بسبب "تأثير الجلد"، سوف تتراكم الإشارات الموجودة على لوحة الدائرة المطبوعة على سطح الموصل. لذلك، تعد رقائق النحاس جزءًا مهمًا من الطبقة الموصلة لركيزة لوحة الدوائر المطبوعة، وتلعب خشونة سطحها دورًا رئيسيًا في فقدان إرسال الإشارة. التأثير مهم جدًا (عند الترددات العالية، كلما زادت خشونة السطح، زاد فقدان إرسال الإشارة). من أجل تقليل فقدان إرسال الإشارات عالية التردد، من الضروري استخدام ملف تعريف منخفض (Rz: 2.7 ~ 3.3μm) أو رقائق نحاس ذات سطح أملس (Rz: أقل من أو يساوي 1.7μm). من أجل التكيف مع التطور السريع لتكنولوجيا شبكات المعلومات والمتطلبات المتزايدة لسرعة وكفاءة معالجة معلومات المنتجات الإلكترونية، فإن المظهر الجانبي المنخفض لسطح رقائق النحاس هو زيادة سرعة نقل الإشارة لركيزة الدائرة المطبوعة وتقليل فقدان الإشارة عند إرسال إشارات عالية السرعة. الوسائل الرئيسية للتخفيف.
في السنوات الأخيرة، من أجل التكيف مع احتياجات تطوير المنتجات الإلكترونية، أحرز تطوير مواد رقائق النحاس المدرفلة الجديدة تقدمًا معينًا. على سبيل المثال: يتم تصنيع رقائق النحاس المدرفلة ذات السطح الخشن المنخفض للغاية عن طريق تغيير ظروف معالجة اللف، مع خشونة سطح (Rz) تصل إلى 0.4 ميكرومتر، وهو أكثر ملاءمة لنقل التردد العالي إشارات؛ تم تصنيعها من خلال الجمع بين ظروف معالجة الدرفلة المختلفة مع التلدين. تم إنتاج رقائق النحاس المدرفلة بهيكل مكعب معاد بلورته. بعد الاختبار، مقاومة الانثناء هي أكثر من 4 أضعاف مقاومة النحاس المدرفل العادي. تتمتع لوحة الدائرة المرنة المنتجة بموثوقية انثناء أعلى؛ عن طريق السبائك الدقيقة للمعالجة الكيميائية لرقائق النحاس المدرفلة لتحسين القوة الميكانيكية والمرونة لرقائق النحاس للتكيف مع عمليات التصنيع ومتطلبات مختلف الشرائح المرنة المكسوة بالنحاس.
3 - الخلاصة
(1) النقاء العالي، المرونة العالية، خشونة السطح المنخفضة، والوسائل المرنة لتحسين أداء المنتج أو تطوير منتجات جديدة هي الخصائص الرئيسية لرقائق النحاس المدرفلة.
(2) تعتبر عمليات الإنتاج المعقدة، وتكاليف الإنتاج المرتفعة، والتركيز المفرط للقدرة الإنتاجية هي العوامل الرئيسية لتطوير رقائق النحاس المدرفلة؛ يعد تقليل تكاليف الإنتاج وكسر الاحتكار الصناعي من الوسائل الأساسية لتعزيز القدرة التنافسية لسوق رقائق النحاس المدرفلة.
(3) إن قابلية نقل المنتجات الإلكترونية، والتطوير والتطبيق على نطاق واسع لنقل الإشارات عالية التردد، ومتطلبات تكنولوجيا التثبيت الإلكتروني للربط البيني عالي الكثافة، والتطور السريع لصناعة بطاريات الليثيوم تحدد أن رقائق النحاس المدرفلة ستصبح كذلك منافسة قوية لرقائق النحاس كهربائيا في الخصم في المستقبل.
