De PCB-materialenindustrie heeft aanzienlijke hoeveelheden tijd besteed aan het ontwikkelen van materialen die het laagst mogelijke signaalverlies opleveren. Bij ontwerpen met hoge snelheid en hoge frequentie zullen verliezen de signaalvoortplantingsafstand beperken en signalen vervormen, en zal er een impedantieafwijking ontstaan ​​die zichtbaar is in TDR-metingen. Omdat wij elke printplaat ontwerpen en circuits ontwikkelen die op hogere frequenties werken, kan het verleidelijk zijn om in alle ontwerpen die u maakt te kiezen voor het meest soepele koper.

Hoewel het waar is dat de ruwheid van koper voor extra impedantieafwijkingen en -verliezen zorgt, hoe glad moet uw koperfolie werkelijk zijn? Zijn er enkele eenvoudige methoden die u kunt gebruiken om verliezen te overwinnen zonder voor elk ontwerp ultraglad koper te selecteren? We zullen deze punten in dit artikel bekijken, en ook waar je op kunt letten als je gaat winkelen voor PCB-stackup-materialen.

SoortenPCB-koperfolie

Normaal gesproken hebben we het, als we het hebben over koper op PCB-materialen, niet over het specifieke type koper, maar alleen over de ruwheid ervan. Verschillende koperafzettingsmethoden produceren films met verschillende ruwheidswaarden, die duidelijk te onderscheiden zijn in een scanning-elektronenmicroscoop (SEM)-beeld. Als u op hoge frequenties (normaal gesproken 5 GHz WiFi of hoger) of op hoge snelheden gaat werken, let dan op het kopertype dat is gespecificeerd in uw materiaalgegevensblad.

Zorg er ook voor dat u de betekenis van Dk-waarden in een gegevensblad 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 van de verschillende soorten PCB-koperfolie.

Elektrolytisch afgezet

Bij dit proces wordt een trommel door een elektrolytische oplossing gesponnen en wordt een elektrodepositiereactie gebruikt om de koperfolie op de trommel te laten ‘groeien’. Terwijl de trommel draait, wordt de resulterende koperfilm langzaam op een rol gewikkeld, waardoor een doorlopend vel koper ontstaat dat later op een laminaat kan worden gerold. De trommelzijde van het koper zal in wezen overeenkomen met de ruwheid van de trommel, terwijl de blootgestelde zijde veel ruwer zal zijn.

Elektrolytisch afgezette PCB-koperfolie

Elektrolytisch afgezette koperproductie.
Om te kunnen worden gebruikt in een standaard PCB-fabricageproces, wordt de ruwe kant van het koper eerst gebonden aan een diëlektricum van glashars. Het resterende blootgestelde koper (trommelzijde) moet opzettelijk chemisch worden opgeruwd (bijvoorbeeld door plasma-etsen) voordat het kan worden gebruikt in het standaard lamineringsproces met koperbekleding. Dit zorgt ervoor dat het kan worden gehecht aan de volgende laag in de PCB-stapeling.

Oppervlakbehandeld elektrolytisch afgezet koper

Ik ken niet de beste term die alle verschillende soorten behandelde oppervlakken omvatkoperen folies, vandaar bovenstaande kop. Deze kopermaterialen zijn vooral bekend als omgekeerd behandelde folies, hoewel er nog twee andere varianten beschikbaar zijn (zie hieronder).

Omgekeerd behandelde folies maken gebruik van een oppervlaktebehandeling die wordt aangebracht op de gladde zijde (trommelzijde) van een elektrolytisch afgezette koperplaat. Een behandelingslaag is slechts een dunne coating die het koper opzettelijk opruwt, 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 overgebleven ruwe zijde zichtbaar. De blootgestelde zijde hoeft vóór het etsen niet extra opgeruwd te worden; het zal al voldoende sterkte hebben om zich te hechten aan de volgende laag in de PCB-stapeling.

Drie variaties op omgekeerd behandelde koperfolie zijn onder meer:

Hoge temperatuur rek (HTE) koperfolie: Dit is een elektrolytisch afgezette koperfolie die voldoet aan de IPC-4562 klasse 3-specificaties. Het blootgestelde oppervlak is ook behandeld met een oxidatiebarrière om corrosie tijdens opslag te voorkomen.
Dubbel behandelde folie: Bij deze koperfolie wordt de behandeling aan beide zijden van de folie aangebracht. Dit materiaal wordt ook wel trommelzijde behandelde folie genoemd.
Resistief koper: Dit wordt normaal gesproken niet geclassificeerd als koper met een oppervlaktebehandeling. Deze koperfolie gebruikt een metalen coating over de matte kant van het koper, die vervolgens opgeruwd wordt tot het gewenste niveau.
De toepassing van oppervlaktebehandeling in deze kopermaterialen is eenvoudig: de folie wordt door extra elektrolytbaden gerold die een secundaire koperlaag aanbrengen, gevolgd door een barrière-zaadlaag en ten slotte een anti-aanslagfilmlaag.

PCB-koperfolie

Oppervlaktebehandelingsprocessen voor koperfolies. [Bron: Pytel, Steven G., et al. "Analyse van koperbehandelingen en de effecten op signaalvoortplanting." In 2008 58e conferentie over elektronische componenten en technologie, blz. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Met deze processen beschikt u over een materiaal dat eenvoudig kan worden gebruikt in het standaard fabricageproces van karton, met minimale extra bewerkingen.

Gewalst-gegloeid koper

Bij gewalst gegloeid koperfolie wordt een rol koperfolie door een paar rollen gevoerd, waardoor de koperplaat koud wordt gewalst tot de gewenste dikte. De ruwheid van het resulterende folievel zal variëren afhankelijk van de walsparameters (snelheid, druk, enz.).

De resulterende plaat kan zeer glad zijn en er zijn strepen zichtbaar op het oppervlak van de gewalste gegloeide koperplaat. De onderstaande afbeeldingen tonen een vergelijking tussen een elektrolytisch afgezette koperfolie en een opgerolde gegloeide folie.

PCB-koperfolievergelijking

Vergelijking van elektrolytisch afgezette versus gewalste gegloeide folies.
Laag profiel koper
Dit is niet noodzakelijkerwijs een soort koperfolie dat u met een alternatief proces zou vervaardigen. Koper met een laag profiel is elektrolytisch afgezet koper dat is behandeld en gemodificeerd met een micro-opruwingsproces om een ​​zeer lage gemiddelde ruwheid te verkrijgen met voldoende opruwing voor hechting aan het substraat. De processen voor het vervaardigen van deze koperfolies zijn normaal gesproken bedrijfseigen. Deze folies worden vaak gecategoriseerd als ultra-low profile (ULP), very low profile (VLP) en eenvoudigweg low-profile (LP, gemiddelde ruwheid van ongeveer 1 micron).

Gerelateerde artikelen:

Waarom wordt koperfolie gebruikt bij de productie van PCB's?

Koperfolie gebruikt in printplaten