PCB טכנולוגיות היא חברה גלובלית לייצור והרכבה של מעגלים מודפסים במגדל העמק. בשנתיים האחרונות, החברה חיזקה את המובילות הטכנולוגית שלה בתחום ייצור המעגלים ולאחרונה הכריזה על יכולת ייצור של מעגלים ממוזערים עם רוחב מוליך ומרווח של 25 מיקרון (1 מיל). ליכולת זו מצטרפות יכולות נוספות שהחברה פיתחה לאחרונה אשר מאפשרות ללקוחותיה לתכנן ולהרכיב מעגלים קטנים וצפופים יותר ובעלי פונקציונליות גדולה יותר מבעבר. במאמר זה מובאת סקירה קצרה של יכולות אלו והרלוונטיות שלהם ליישומים שונים – הן קיימים והן עתידיים.
קבירת רכיבים פסיביים
במוצרים רבים, על המעגל המודפס מורכבים שבבים שתפקידם לעבד מידע, יחד עם רכיבים אנלוגיים וחיישנים שמעבדים אותות שונים- לדוגמא שעון חכם שמודד ומבקר את קצב פעימות הלב. על גבי מעגלים אלו יש צורך במקרים רבים להרכיב גם רכיבים פסיביים כמו נגדים וקבלים. רכיבים אלו תופסים נתח לא מבוטל משטח המעגל המורכב וממשקלו ובמערכות כמו רחפנים או אביזרים לבישים שבהם משקל וגודל פיזי הם פרמטרים קריטי אף קובעים גבול לביצועי המערכת. אחת הדרכים האפקטיביות ביותר למזער רכיבים אלו היא ליישם נגדים או קבלים כשכבה קבורה במבנה שכבות המעגל. טכנולוגיה זו סיימה את שלב הפיתוח זה מכבר ומוצעת ללקוחות החברה המעוניינים בכך. מעגל טיפוסי המכיל נגדים קבורים מורכב משכבות מוליכים המהוות את מערך המוליכים העיקרי ושכבות נוספות שבהן נגדים או קבלים קבורים. שכבת הנגדים מורכבת מפילם דק של חומר בעל התנגדות סגולית גבוהה (NiCr או NiP) המכוסה בנחושת. כדי לקבוע את ההתנגדות נחשפת הנחושת על ידי תהליך סלקטיבי שמותיר את הפילם האקטיבי (NiCr או NiP) באזור בעל אורך ורוחב רצויים. ערך ההתנגדות נקבע על ידי היחס בין אורך ורוחב האזור האקטיבי, כך שבמקרה של חריגה מהערך הרצוי ניתן לשנות את ההתנגדות על ידי שינוי תמונת החשיפה (למשל- הרחבת האזור האקטיבי תוביל לירידה בהתנגדות). כדי להגדיל את עמידות הנגד בזרם גבוה ניתן להגדיל את הרוחב והאורך, כך שיחס הממדים ישמר אך השטח הכולל יגדל. באזורים שבהם אין צורך בנגד או ניתן ליצור תמונה על גבי הנחושת ובכך לנצל שכבות אלו ליצירת רשתות מוליכים כחלק מתכן המעגל. השכבה הנוספת נכבשת למערך השכבות המלא ובכך מייתרת את השימוש ברכיבים המורכבים על גבי המעגל בשלב הSMT. יכולת זו מאפשרת ליישם נגדים, גופי חימום, תכנוני MEMS ואף מסנני אותות או מפצלים (Splitters) כחלק מהתכן הפנימי של מעגל מודפס. דוגמא ליישום כזה במעגל המיוצר ב PCB טכנולוגיות ניתן לראות באיור 1.
איור 1: שכבה במעגל מודפס המיוצר ב PCB הכוללת נגדים (בעיגול) המשמשים SPLITTER במעגלי RF
במקרה של קבל קבור, השכבה האקטיבית מהווה ליבה דיאלקטרית בין שכבות נחושת. שיקולים דומים לאלו שהוצגו למעלה מאפשרים יצירת קבלים בעלי ערך רצוי – כאשר במקרה זה הקיבול נקבע על ידי השטח שמכוסה בנחושת משני צדי השכבה האקטיבית.
איור 2: קבירת שכבות קיבול במעגל מודפס כתחליף לקבלי SMT
מודלים מרובי שבבים (Multi-Chip Modules)
מגמת המזעור בשוק המוליכים למחצה מובילה לעלייה מתמדת במספר הרכיבים בשבב טיפוסי. ככל שעולה מספר הרכיבים גדלה הפונקציונליות של הרכיב ובהתאם גדל מספר קווי הקלט והפלט של השבב. במקרים רבים מספר מצומצם של שבבים מבצע תפקיד מסוים במוצר – לדוגמא , בהתקנים סלולריים הרכיב האחראי על קליטה ושידור של אותות מחובר למגבר ולמעבד כך ששלושת הרכיבים הם למעשה מודול בפני עצמו. במקרים אלו ניתן למזער את המעגל השלם על ידי יצירת תת-מעגל או מודול המאחד את שלושת השבבים בהרכבה אחת, שמספקת את הקישוריות החשמלית בין השבבים. המודול כולו מהווה בשלב זה רכיב בפני עצמו שיכול להיות מורכב על מעגל מודפס, כאשר כמות קווי הקלט-פלט שדרושים למודול קטנה משמעותית מכמות החיבורים הכוללת של השבבים המחוברים אליו עקב הכללת הקישוריות בין השבבים ברמת המודול. באיור 3 ניתן לראות ציור סכמתי של מודול כזה וכן דוגמה למודול המיוצר ב PCB. ייצור מעגל המהווה מודול מרובה שבבים דורש שימוש בחומרי גלם ייחודיים המשלבים תכונות מכניות ותרמיות המתאימות להרכבת שבבים. הגדלת צפיפות המגעים בחלק המודול שמתחבר למעגל העיקרי מחייבת שימוש בתהליכי פוטו-ליטוגרפיה ברזולוציה גבוהה. בנוסף, מכיוון שלוח ייצור טיפוסי גדול בהרבה מגודל המודול עצמו יש צורך ביישום של שיטות ייחודיות לצילום בכדי להבטיח התאמה של התמונה ברמת המודול הבודד. PCB טכנולוגיות הצטיידה בשנים האחרונות במערכות יצירת תמונה בלייזר (Laser Dot imaging) ברזולוציה גבוהה ובאורכי גל המתאימים ליצירת מגעים צפופים. במקביל, הוטמעה שיטת צילום שפותחה פנימית המאפשרת הגעה להתאמה מרבית ברמת המעגל הבודד. ההכנסה של מספר טכנולוגיות ומערכי ייצור חדשים במקביל ואף יצירת שילוב בין טכנולוגיות מתבססים על הידע הטכנולוגי והניסיון הרב בעבודה עם מבחר גדול של חומרי גלם בעלי תכונות תרמו-מכניות ודיאלקטריות הקיימים בPCB טכנולוגיות .
איור 3: שכבה במעגל מודפס המיוצר ב PCB הכוללת נגדים (בעיגול)
הגדלת צפיפות המוליכים (טכנולוגית 1 מיל מוליך/מרווח)
דרך נוספת להשיג מזעור בתחום המעגל המודפס היא להגביר את צפיפות קווי המוליכים במעגל. בתעשיית המעגלים המסורתית מקובל רוחב קו מוליך של 50-75 מיקרון (2-3 מיל) עם מרווח בין מוליכים בגודל דומה. לקוחות המעוניינים בממדים קטנים יותר יכולים למצוא פתרון טכנולוגי בחברות במזרח הרחוק, שהטמיעו שיטות המאפשרות יצירת קווים דקים משמעותית (עד 5 מיקרון), אך שיטות אלו יקרות יחסית ולא זמינות ללקוחות קטנים ובינוניים. לקוחות הזקוקים לפתרון טכנולוגי שמאפשר מזעור, אך מוגבלים בכמות הרכיבים, מתקשים למצוא פתרון מתאים כיוון שמעט מאד חברות בעולם מסוגלות לייצר מעגלים מודפסים בתחום שמתחת ל 2 מיל (50 מיקרון) מוליך\מרווח. PCB טכנולוגיות הודיעה לאחרונה על פיתוח יכולת זו בחברה. פיתוח זה נמצא בשלבים מתקדמים ויאפשר ללקוחות החברה ליהנות מיכולות ממוזערות אלו.
תהליך הייצור בטכנולוגיה זו מבוסס על תהליכים סטנדרטיים בתעשיית המעגלים, יחד עם שיפור משמעותי ביכולת לשלוט בתהליך ובהדירות המוצר. לדוגמא, כדי לקבל מוליכי נחושת בממדים קטנים יש להבטיח שעובי הנחושת יהיה אחיד ככל האפשר. שינויים גדולים מידי בעובי יגרמו לצריבת יתר של מוליכים ונתקים באזורים בהם העובי נמוך מידי או, לחילופין, לחוסר צריבה וקצרים באזורים עם עובי גבוה. כדי להבטיח שונות נמוכה בעובי יש לשלוט היטב על שונות זו כבר בשלב הציפוי ולתת את הדעת על שלבי תהליך אחרים שגורמים להסרת נחושת. בנוסף, בשלב הצילום יש צורך במכשור בעל אורך גל מתאים וברזיסט בעל עובי ותכונות מתאימות ויש ליישם צילום של מטרות ייעודיות ברמת המעגל. בשלב הצריבה יש צורך בציוד מתאים שמאפשר שליטה דיגיטלית על פרמטרי הצריבה ועל פרופיל הזרימה ברמת הלוח. צרכים אלו ואחרים זוהו בתחילת שלב הפיתוח ב PCB טכנולוגיות ומכונות מתקדמות לחשיפה בלייזר ולצריבה נרכשו והוטמעו בקו הייצור בהתאם. הגעה לרזולוציה גבוהה דורשת בנוסף עבודה עם חומרי גלם ייחודיים ועם שכבות נחושת דקות וכן דורשת כלי אפיון מתאימים. דוגמא למעגל שיוצר ב PCB טכנולוגיות עם רוחב מוליך\מרווח של 25 מיקרון ניתן לראות באיור 4.
איור 4: תמונת מיקרוסקופ ממעגל עם מוליך\מרווח של 25 מיקרון שיוצר ב PCB טכנולוגיות
PCB טכנולוגיות ממשיכה את מגמת המזעור ומתכננת שיפורים נוספים בציוד הייצור וביכולות הטכנולוגיות שימצבו אותה בין המובילות בתחום ייצור המעגלים בעולם. בנוסף, היכולת לשלב בי
ן ידע הנדסי, היכרות רחבה עם חומרי גלם, יכולת להרכבת מעגלים ולבניית מערכות (box building) מייחדת את PCB טכנולוגיות כחברה ומ
אפשרת ללקוחותיה ליהנות ממוצרים ברמה טכנולוגית גבוהה, ליווי ותמיכה הנדסית משלב תכנון המעגל ועד שלב המוצר הסופי. כל זאת בראייה אינטגרטיבית המשלבת את כלל ההיבטים, מתכן המעגל, דרך ייצור והרכבה וכלה בהרכבה מלאה של המערכת.
