PCB-materialindustrin har lagt ner avsevärd tid på att utveckla material som ger lägsta möjliga signalförlust. För höghastighets- och högfrekvenskonstruktioner kommer förluster att begränsa signalutbredningsavståndet och förvränga signalerna, och det kommer att skapa en impedansavvikelse som kan ses i TDR-mätningar. När vi designar alla kretskort och utvecklar kretsar som arbetar vid högre frekvenser kan det vara frestande att välja den jämnaste möjliga kopparn i alla konstruktioner du skapar.

Även om det är sant att koppars ojämnhet skapar ytterligare impedansavvikelser och förluster, hur slät behöver din kopparfolie egentligen vara? Finns det några enkla metoder du kan använda för att övervinna förluster utan att välja ultraslät koppar för varje design? Vi kommer att titta på dessa punkter i den här artikeln, samt vad du kan leta efter om du börjar handla kretskortsmaterial.

Typer avPCB-kopparfolie

Normalt sett när vi pratar om koppar på kretskortsmaterial pratar vi inte om den specifika typen av koppar, vi pratar bara om dess ytjämnhet. Olika kopparavsättningsmetoder producerar filmer med olika ytjämnhetsvärden, vilka tydligt kan urskiljas i en SEM-bild. Om du ska arbeta med höga frekvenser (normalt 5 GHz WiFi eller högre) eller med höga hastigheter, var då uppmärksam på den koppartyp som anges i ditt materialdatablad.

Se också till att du förstår innebörden av Dk-värden i ett datablad. Titta på den här podcastdiskussionen med John Coonrod från Rogers för att lära dig mer om Dk-specifikationer. Med det i åtanke ska vi titta på några av de olika typerna av kopparfolie för PCB.

Elektrodeponerad

I denna process roteras en trumma genom en elektrolytisk lösning, och en elektroavsättningsreaktion används för att "få kopparfolien att växa" på trumman. När trumman roterar lindas den resulterande kopparfilmen långsamt på en rulle, vilket ger ett kontinuerligt kopparark som senare kan rullas på ett laminat. Trumsidan av kopparen kommer i huvudsak att matcha trummans grovhet, medan den exponerade sidan kommer att vara mycket grovare.

Elektroavsatt PCB-kopparfolie

Produktion av elektroavsatt koppar.
För att kunna användas i en standardprocess för kretskortstillverkning binds kopparns grova sida först till ett glashartsdielektrikum. Den återstående exponerade kopparn (trumsidan) måste avsiktligt ruggas upp kemiskt (t.ex. med plasmaetsning) innan den kan användas i standardprocessen för kopparpläterad laminering. Detta säkerställer att den kan bindas till nästa lager i kretskortsuppsättningen.

Ytbehandlad elektrodeponerad koppar

Jag vet inte vilken term som bäst omfattar alla olika typer av ytbehandlade material.kopparfolier, därav rubriken ovan. Dessa kopparmaterial är mest kända som omvändt behandlade folier, även om två andra varianter finns tillgängliga (se nedan).

Omvändbehandlade folier använder en ytbehandling som appliceras på den släta sidan (trumsidan) av en elektroavsatt kopparplåt. Ett behandlingsskikt är helt enkelt en tunn beläggning som avsiktligt gör kopparen grov, så att den får bättre vidhäftning till ett dielektriskt material. Dessa behandlingar fungerar också som en oxidationsbarriär som förhindrar korrosion. När denna koppar används för att skapa laminatpaneler binds den behandlade sidan till dielektrikumet, och den återstående grova sidan förblir exponerad. Den exponerade sidan behöver inte ytterligare grovbehandlas före etsning; den har redan tillräckligt med styrka för att binda till nästa lager i kretskortsstapeln.

Tre variationer på omvänd behandlad kopparfolie inkluderar:

Högtemperaturförlängningskopparfolie (HTE): Detta är en elektroavsatt kopparfolie som uppfyller IPC-4562 grad 3-specifikationerna. Den exponerade ytan är också behandlad med en oxidationsbarriär för att förhindra korrosion under lagring.
Dubbelbehandlad folie: I denna kopparfolie appliceras behandlingen på båda sidor av filmen. Detta material kallas ibland trumsidesbehandlad folie.
Resistiv koppar: Detta klassificeras normalt inte som ytbehandlad koppar. Denna kopparfolie använder en metallisk beläggning över kopparns matta sida, som sedan ruggas upp till önskad nivå.
Ytbehandling av dessa kopparmaterial är enkel: folien rullas genom ytterligare elektrolytbad som applicerar en sekundär kopparplätering, följt av ett barriärfrölager och slutligen ett antracitglansfilmlager.

PCB-kopparfolie

Ytbehandlingsprocesser för kopparfolier. [Källa: Pytel, Steven G., et al. "Analys av kopparbehandlingar och effekterna på signalutbredning." I 2008 års 58:e konferens om elektroniska komponenter och teknologi, s. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Med dessa processer har du ett material som enkelt kan användas i standardtillverkningsprocess för skivor med minimal ytterligare bearbetning.

Valsad glödgad koppar

Valsade och glödgade kopparfolier passerar en rulle kopparfolie genom ett par valsar, som kallvalsar kopparplåten till önskad tjocklek. Ojämnheten hos den resulterande folieplåten varierar beroende på valsningsparametrarna (hastighet, tryck etc.).

Den resulterande plåten kan vara mycket slät, och strimmor är synliga på ytan av den valsade och glödgade kopparplåten. Bilderna nedan visar en jämförelse mellan en elektroavsatt kopparfolie och en valsad och glödgad folie.

Jämförelse av PCB-kopparfolie

Jämförelse av elektroavsatta kontra valsglödgade folier.
Lågprofilkoppar
Detta är inte nödvändigtvis en typ av kopparfolie som du skulle tillverka med en alternativ process. Lågprofilkoppar är elektroavsatt koppar som behandlas och modifieras med en mikrouppgröpningsprocess för att ge mycket låg genomsnittlig ytjämnhet med tillräcklig uppgröpning för vidhäftning till substratet. Processerna för att tillverka dessa kopparfolier är normalt patentskyddade. Dessa folier kategoriseras ofta som ultralågprofil (ULP), mycket lågprofil (VLP) och helt enkelt lågprofil (LP, ungefär 1 mikron genomsnittlig ytjämnhet).

Relaterade artiklar:

Varför används kopparfolie vid tillverkning av kretskort?

Kopparfolie som används i kretskort