Branża materiałów PCB poświęciła znaczną ilość czasu na opracowanie materiałów zapewniających najniższe możliwe straty sygnału. W przypadku projektów o dużej szybkości i częstotliwości straty ograniczają odległość propagacji sygnału i zniekształcają go, a także powodują odchylenie impedancji, które można zaobserwować w pomiarach TDR. Projektując dowolną płytkę drukowaną i opracowując obwody pracujące z wyższymi częstotliwościami, kusząca może być decyzja o wyborze możliwie najgładszej miedzi we wszystkich projektach.

Choć chropowatość miedzi powoduje dodatkowe odchylenia impedancji i straty, to jak gładka musi być folia miedziana? Czy istnieją proste metody, które pozwolą zniwelować straty bez konieczności wybierania ultragładkiej miedzi do każdego projektu? W tym artykule przyjrzymy się tym kwestiom, a także temu, na co zwrócić uwagę, rozpoczynając poszukiwania materiałów do układania płytek PCB.

RodzajeFolia miedziana PCB

Zazwyczaj, mówiąc o miedzi na płytkach PCB, nie mamy na myśli konkretnego rodzaju miedzi, a jedynie jej chropowatość. Różne metody osadzania miedzi pozwalają uzyskać warstwy o różnych wartościach chropowatości, które można wyraźnie rozróżnić na obrazie ze skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Jeśli planujesz pracę z wysokimi częstotliwościami (zazwyczaj Wi-Fi 5 GHz lub wyższym) lub z dużymi prędkościami, zwróć uwagę na rodzaj miedzi określony w karcie katalogowej materiału.

Upewnij się również, że rozumiesz znaczenie wartości Dk w arkuszu danych. Obejrzyj ten podcast z Johnem Coonrodem z Rogers, aby dowiedzieć się więcej o specyfikacjach Dk. Mając to na uwadze, przyjrzyjmy się różnym rodzajom folii miedzianej PCB.

Elektrolitycznie osadzane

W tym procesie bęben jest wirowany w roztworze elektrolitycznym, a reakcja elektroosadzania służy do „narastania” folii miedzianej na bęben. W miarę obracania się bębna, powstała folia miedziana jest powoli nawijana na wałek, tworząc ciągły arkusz miedzi, który można później nawinąć na laminat. Strona bębna, na której znajduje się miedź, będzie zasadniczo odpowiadała chropowatości bębna, podczas gdy strona odsłonięta będzie znacznie bardziej chropowata.

Folia miedziana PCB nanoszona elektrolitycznie

Produkcja miedzi elektrolitycznej.
Aby można było wykorzystać ją w standardowym procesie produkcji płytek PCB, chropowata strona miedzi zostanie najpierw połączona z dielektrykiem z żywicy szklanej. Pozostała odsłonięta miedź (strona bębna) będzie musiała zostać celowo zszorstkowana chemicznie (np. poprzez trawienie plazmowe), zanim będzie mogła zostać wykorzystana w standardowym procesie laminowania miedzią. Zapewni to możliwość połączenia jej z kolejną warstwą w układzie warstw PCB.

Miedź elektrolitycznie osadzana z obróbką powierzchniową

Nie znam najlepszego terminu obejmującego wszystkie rodzaje powierzchni poddawanych obróbcefolie miedziane, stąd powyższy nagłówek. Te materiały miedziane są najlepiej znane jako folie poddane obróbce odwrotnej, choć dostępne są również dwie inne odmiany (patrz poniżej).

Folie poddane obróbce odwrotnej wykorzystują obróbkę powierzchniową nakładaną na gładką stronę (stronę bębna) elektrolitycznie osadzanej blachy miedzianej. Warstwa obróbki to po prostu cienka powłoka, która celowo szorstkuje miedź, zapewniając jej lepszą przyczepność do materiału dielektrycznego. Obróbki te działają również jako bariera antyoksydacyjna, zapobiegając korozji. Gdy miedź jest wykorzystywana do produkcji paneli laminowanych, strona poddana obróbce jest łączona z dielektrykiem, a pozostała szorstka strona pozostaje odsłonięta. Odsłonięta strona nie będzie wymagała dodatkowego szorstkowania przed wytrawieniem; będzie już wystarczająco wytrzymała, aby połączyć się z kolejną warstwą w układzie PCB.

Istnieją trzy odmiany odwróconej folii miedzianej:

Folia miedziana o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie (HTE): Jest to elektroosadzana folia miedziana, zgodna ze specyfikacją IPC-4562 klasy 3. Odsłonięta powierzchnia jest również zabezpieczona warstwą antykorozyjną, aby zapobiec korozji podczas przechowywania.
Folia podwójnie obrobiona: W przypadku tej folii miedzianej obróbka jest nakładana na obie strony folii. Materiał ten jest czasami nazywany folią obrobioną po stronie bębna.
Miedź rezystancyjna: Zwykle nie jest klasyfikowana jako miedź poddana obróbce powierzchniowej. Ta folia miedziana wykorzystuje metaliczną powłokę na matowej stronie miedzi, która jest następnie chropowata do pożądanego poziomu.
Obróbka powierzchniowa materiałów miedzianych jest prosta: folia jest przeciągana przez dodatkowe kąpiele elektrolityczne, w których nakładana jest wtórna powłoka miedziana, a następnie warstwa barierowa i na końcu warstwa folii zapobiegającej zmatowieniu.

Folia miedziana PCB

Procesy obróbki powierzchni folii miedzianych. [Źródło: Pytel, Steven G. i in. „Analiza obróbki miedzi i jej wpływu na propagację sygnału”. 58. Konferencja Komponentów Elektronicznych i Technologii, 2008, s. 1144–1149. IEEE, 2008.]
Dzięki tym procesom uzyskuje się materiał, który można łatwo wykorzystać w standardowym procesie produkcji płytek, przy minimalnej dodatkowej obróbce.

Miedź walcowana-wyżarzana

W przypadku folii miedzianych poddanych walcowaniu i wyżarzaniu, rolka folii miedzianej przechodzi przez parę walców, które walcowają blachę miedzianą na zimno do pożądanej grubości. Chropowatość uzyskanej folii będzie się różnić w zależności od parametrów walcowania (prędkości, nacisku itp.).

Otrzymana blacha może być bardzo gładka, a na jej powierzchni widoczne są prążki. Poniższe zdjęcia przedstawiają porównanie folii miedzianej osadzanej elektrolitycznie z folią wyżarzaną walcowaną.

Porównanie folii miedzianej PCB

Porównanie folii osadzanych elektrolitycznie i folii walcowanych i wyżarzanych.
Miedź o niskim profilu
Nie jest to koniecznie rodzaj folii miedzianej, którą wytwarza się w alternatywnym procesie. Miedź niskoprofilowa to miedź elektrooporowa, która jest poddawana obróbce i modyfikacji w procesie mikrochropowatości, aby zapewnić bardzo niską średnią chropowatość z wystarczającą chropowatością, aby zapewnić przyczepność do podłoża. Procesy wytwarzania tych folii miedzianych są zazwyczaj zastrzeżone. Folie te są często klasyfikowane jako ultraniskoprofilowe (ULP), bardzo niskoprofilowe (VLP) i po prostu niskoprofilowe (LP, średnia chropowatość około 1 mikrona).

Powiązane artykuły:

Dlaczego w produkcji PCB stosuje się folię miedzianą?

Folia miedziana stosowana w płytkach drukowanych