De PCB-materialenindustrie heeft veel tijd besteed aan de ontwikkeling van materialen met een zo laag mogelijk signaalverlies. Bij ontwerpen met hoge snelheid en hoge frequenties beperken verliezen de signaalvoortplantingsafstand en vervormen ze signalen. Bovendien ontstaat er een impedantieafwijking die zichtbaar is in TDR-metingen. Omdat we printplaten ontwerpen en circuits ontwikkelen die op hogere frequenties werken, kan het verleidelijk zijn om in al uw ontwerpen te kiezen voor zo glad mogelijk koper.

Hoewel het waar is dat de ruwheid van koper extra impedantieafwijkingen en verliezen veroorzaakt, is de vraag hoe glad moet je koperfolie echt zijn? Zijn er eenvoudige methoden om verliezen te compenseren zonder voor elk ontwerp ultraglad koper te kiezen? We bekijken deze punten in dit artikel, en ook waar je op moet letten bij het kopen van PCB-stackupmaterialen.

SoortenPCB Koperfolie

Normaal gesproken hebben we het bij koper op PCB-materialen niet over het specifieke type koper, maar alleen over de ruwheid. Verschillende koperdepositiemethoden produceren films met verschillende ruwheidswaarden, die duidelijk te onderscheiden zijn in een scanning elektronenmicroscoop (SEM). Als u met hoge frequenties (meestal 5 GHz wifi of hoger) of met hoge snelheden werkt, let dan op het kopertype dat in uw materiaalgegevensblad 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 om meer te weten te komen over Dk-specificaties. Laten we, met dat in gedachten, eens kijken naar enkele van de verschillende soorten PCB-koperfolie.

Geëlektrodeponeerd

Bij dit proces wordt een trommel door een elektrolytische oplossing gedraaid en wordt een elektrolytische reactie gebruikt om de koperfolie op de trommel te laten "groeien". Terwijl de trommel draait, wordt de resulterende koperfilm langzaam om een ​​rol gewikkeld, waardoor een ononderbroken koperlaag ontstaat die 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.

Geëlektrodeponeerde PCB-koperfolie

Productie van elektrisch gedeponeerd koper.
Om te kunnen worden gebruikt in een standaard PCB-fabricageproces, wordt de ruwe kant van het koper eerst verbonden met een diëlektricum van glas-hars. Het resterende blootgestelde koper (de trommelzijde) moet opzettelijk chemisch worden opgeruwd (bijvoorbeeld met 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 PCB-stapel.

Oppervlaktebehandeld, elektrolytisch afgezet koper

Ik weet niet wat de beste term is die alle verschillende soorten oppervlaktebehandelingen omvatkoperfolies, vandaar de bovenstaande titel. Deze kopermaterialen zijn het best bekend als omgekeerd behandelde folies, hoewel er twee andere varianten beschikbaar zijn (zie hieronder).

Omgekeerd behandelde folies gebruiken een oppervlaktebehandeling die wordt toegepast op de gladde zijde (trommelzijde) van een elektrolytisch gedeponeerde koperplaat. Een behandelingslaag is slechts een dunne coating die het koper opzettelijk ruw maakt, zodat het beter hecht aan een diëlektrisch materiaal. Deze behandelingen fungeren ook als een oxidatiebarrière die corrosie voorkomt. Wanneer dit koper wordt gebruikt voor laminaatpanelen, wordt de behandelde zijde verbonden met het diëlektricum en blijft de resterende ruwe zijde onbedekt. ​​De onbedekte zijde hoeft niet extra ruw gemaakt te worden vóór het etsen; deze is al sterk genoeg om te hechten aan de volgende laag in de PCB-stapel.

Drie variaties op omgekeerd behandeld koperfolie zijn:

Koperfolie met hoge temperatuurrek (HTE): Dit is een elektrolytisch gedeponeerde koperfolie die voldoet aan de IPC-4562 klasse 3-specificaties. De blootgestelde zijde is tevens behandeld met een oxidatiebarrière om corrosie tijdens opslag te voorkomen.
Dubbel behandelde folie: Bij deze koperfolie wordt de behandeling aan beide zijden van de film toegepast. Dit materiaal wordt ook wel trommelzijdig behandelde folie genoemd.
Resistief koper: Dit wordt normaal gesproken niet geclassificeerd als oppervlaktebehandeld koper. Deze koperfolie gebruikt een metaalcoating over de matte kant van het koper, die vervolgens tot het gewenste niveau wordt opgeruwd.
De oppervlaktebehandeling van deze kopermaterialen is eenvoudig: de folie wordt door extra elektrolytbaden gerold, waarin eerst een secundaire koperplating, daarna een barrièrelaag en ten slotte een anti-aanslagfilmlaag wordt aangebracht.

PCB koperfolie

Oppervlaktebehandelingsprocessen voor koperfolies. [Bron: Pytel, Steven G., et al. "Analyse van koperbehandelingen en de effecten op signaalvoortplanting." In 2008 58e Electronic Components and Technology Conference, pp. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Met deze processen beschikt u over een materiaal dat eenvoudig kan worden gebruikt in het standaardprintplaatproductieproces, met minimale extra bewerking.

Gewalst gegloeid koper

Gewalste gegloeide koperfolies voeren een rol koperfolie door een paar rollen, die de koperplaat koudwalsen tot de gewenste dikte. De ruwheid van de resulterende folie varieert 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 gedeponeerde koperfolie en een gewalste, gegloeide folie.

PCB koperfolie vergelijking

Vergelijking tussen elektrolytisch gedeponeerde en gewalste gegloeide folies.
Laagprofiel koper
Dit is niet per se een type koperfolie dat u met een alternatief proces zou produceren. Laagprofielkoper is elektrolytisch gedeponeerd koper dat is behandeld en gemodificeerd met een microruwproces 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 normaal gesproken gepatenteerd. Deze folies worden vaak gecategoriseerd als ultralaagprofiel (ULP), zeer laagprofiel (VLP) en gewoon laagprofiel (LP, gemiddelde ruwheid van ongeveer 1 micron).

Gerelateerde artikelen:

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

Koperfolie gebruikt in printplaten