De PCB-materialenindustrie heeft veel tijd besteed aan de ontwikkeling van materialen die een zo laag mogelijk signaalverlies bieden. Bij snelle en hoogfrequente ontwerpen beperken verliezen de signaalvoortplantingsafstand en vervormen ze signalen. Bovendien veroorzaken ze een impedantieafwijking die zichtbaar is in TDR-metingen. Bij het ontwerpen van printplaten en het ontwikkelen van circuits die op hogere frequenties werken, kan de verleiding groot zijn om in alle ontwerpen te kiezen voor het gladst mogelijke koper.

Hoewel het klopt dat ruw koper extra impedantieafwijkingen en verliezen veroorzaakt, hoe glad moet je koperfolie nu echt zijn? Zijn er eenvoudige methoden om verliezen te compenseren zonder voor elk ontwerp ultraglad koper te hoeven kiezen? We gaan in dit artikel dieper in op deze punten, en ook op waar je op moet letten bij het kiezen van materialen voor je printplaat.

SoortenPCB-koperfolie

Normaal gesproken hebben we het bij koper op printplaten niet over het specifieke type koper, maar alleen over de ruwheid ervan. Verschillende koperdepositieprocessen produceren films met verschillende ruwheidswaarden, die duidelijk te onderscheiden zijn in een scanningelektronenmicroscoop (SEM). Als u op hoge frequenties (doorgaans 5 GHz wifi of hoger) of met hoge snelheden werkt, let dan goed op het type koper dat in het materiaalspecificatieblad staat vermeld.

Zorg er ook voor dat u de betekenis van Dk-waarden in een datasheet begrijpt. Bekijk deze podcastdiscussie met John Coonrod van Rogers voor meer informatie over Dk-specificaties. Laten we, met dat in gedachten, eens kijken naar enkele verschillende soorten koperfolie voor printplaten.

Elektrodepositie

Bij dit proces wordt een trommel door een elektrolytische oplossing gedraaid en wordt door middel van elektrodepositie de koperfolie op de trommel aangebracht. Terwijl de trommel draait, wordt de resulterende koperfilm langzaam om een ​​rol gewikkeld, waardoor een doorlopende koperlaag ontstaat die later op een laminaat kan worden gerold. De zijde van het koper die tegen de trommel aanligt, zal in principe dezelfde ruwheid hebben als de trommel, terwijl de blootgestelde zijde veel ruwer zal zijn.

Elektrochemisch afgezette PCB-koperfolie

Elektrolytisch afgezette koperproductie.
Om te kunnen worden gebruikt in een standaard printplaatfabricageproces, wordt de ruwe zijde van het koper eerst verbonden met een glas-harsdiëlektricum. Het resterende blootliggende koper (de trommelzijde) moet vervolgens chemisch ruw gemaakt worden (bijvoorbeeld door middel van plasma-etsen) voordat het kan worden gebruikt in het standaard koperlamineringsproces. Dit zorgt ervoor dat het kan worden verbonden met de volgende laag in de printplaatopbouw.

Oppervlaktebehandeld elektrochemisch afgezette koper

Ik weet niet wat de beste term is om alle verschillende soorten oppervlaktebehandelingen te omvatten.koperfoliesVandaar de bovenstaande titel. Deze kopermaterialen staan ​​vooral bekend als omgekeerd behandelde folies, hoewel er nog twee andere varianten beschikbaar zijn (zie hieronder).

Bij omgekeerd behandelde folies wordt een oppervlaktebehandeling toegepast op de gladde zijde (de trommelzijde) van een elektrochemisch afgezette koperen plaat. Een behandelingslaag is een dunne coating die het koper opzettelijk ruwer maakt, zodat het beter hecht aan een diëlektrisch materiaal. Deze behandelingen fungeren ook als een oxidatiebarrière die corrosie voorkomt. Wanneer dit koper wordt gebruikt om laminaatpanelen te maken, wordt de behandelde zijde aan het diëlektricum gehecht en blijft de ruwe zijde onbedekt. ​​De onbedekte zijde hoeft niet verder te worden opgeruwd vóór het etsen; deze heeft al voldoende sterkte om te hechten aan de volgende laag in de PCB-opbouw.

Drie varianten van omgekeerd behandelde koperfolie zijn onder andere:

Koperfolie met hoge temperatuurrekbaarheid (HTE): Dit is een elektrolytisch afgezette koperfolie die voldoet aan de IPC-4562 Grade 3-specificaties. Het blootgestelde oppervlak is tevens behandeld met een oxidatiebarrière om corrosie tijdens opslag te voorkomen.
Dubbelbehandelde folie: Bij deze koperfolie wordt de behandeling aan beide zijden van de film toegepast. Dit materiaal wordt soms ook wel trommelzijdebehandelde folie genoemd.
Resistief koper: Dit wordt normaal gesproken niet beschouwd als oppervlaktebehandeld koper. Bij deze koperfolie wordt een metaalcoating aangebracht op de matte zijde van het koper, die vervolgens tot de gewenste ruwheid wordt opgeruwd.
De oppervlaktebehandeling van deze koperen materialen is eenvoudig: de folie wordt door extra elektrolytbaden gerold die een secundaire koperlaag aanbrengen, gevolgd door een barrièrelaag en tenslotte een anti-aanslaglaag.

PCB-koperfolie

Oppervlaktebehandelingsprocessen voor koperfolies. [Bron: Pytel, Steven G., et al. "Analyse van koperbehandelingen en de effecten op signaalvoortplanting." In 2008 58th Electronic Components and Technology Conference, pp. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Met deze processen verkrijg je een materiaal dat gemakkelijk kan worden gebruikt in het standaard printplaatfabricageproces met minimale extra bewerkingen.

Gewalst en gegloeid koper

Bij gewalste en gegloeide koperfolies wordt een rol koperfolie door een paar walsen geleid, die de koperplaat koudwalsen tot de gewenste dikte. De ruwheid van de resulterende folie varieert afhankelijk van de walsparameters (snelheid, druk, enz.).

Het resulterende vel kan zeer glad zijn, en op het oppervlak van het gewalste en gegloeide koperen vel zijn strepen zichtbaar. De onderstaande afbeeldingen tonen een vergelijking tussen een elektrolytisch afgezette koperfolie en een gewalste en gegloeide folie.

Vergelijking van koperfolie op printplaten

Vergelijking van elektrolytisch afgezette versus gewalste en gegloeide folies.
Laagprofiel koper
Dit is niet per se een type koperfolie dat je met een alternatief proces zou produceren. Laagprofielkoper is elektrochemisch afgezet koper dat is behandeld en gemodificeerd met een micro-opruwingsproces om een ​​zeer lage gemiddelde ruwheid te verkrijgen met voldoende ruwheid voor hechting aan het substraat. De processen voor de productie van deze koperfolies zijn doorgaans bedrijfseigen. Deze folies worden vaak gecategoriseerd als ultra-laagprofiel (ULP), zeer laagprofiel (VLP) en simpelweg laagprofiel (LP, met een gemiddelde ruwheid van ongeveer 1 micron).

Gerelateerde artikelen:

Waarom wordt koperfolie gebruikt bij de productie van printplaten?

Koperfolie gebruikt in printplaten