A industria dos materiais para placas de circuíto impreso (PCB) dedicou unha cantidade significativa de tempo a desenvolver materiais que proporcionen a menor perda de sinal posible. Para deseños de alta velocidade e alta frecuencia, as perdas limitarán a distancia de propagación do sinal e distorsionarán os sinais, e crearán unha desviación de impedancia que se pode observar nas medicións TDR. Ao deseñamos calquera placa de circuíto impreso e desenvolvemos circuítos que funcionan a frecuencias máis altas, pode ser tentador optar polo cobre máis liso posible en todos os deseños que cree.

Aínda que é certo que a rugosidade do cobre crea unha desviación de impedancia e perdas adicionais, canto de lisa debe ser realmente a túa lámina de cobre? Hai algúns métodos sinxelos que poidas empregar para superar as perdas sen ter que escoller cobre ultraliso para cada deseño? Analizaremos estes puntos neste artigo, así como o que podes buscar se comezas a mercar materiais de apilamento de PCB.

Tipos deLámina de cobre para PCB

Normalmente, cando falamos de cobre en materiais de PCB, non falamos do tipo específico de cobre, senón só da súa rugosidade. Os diferentes métodos de deposición de cobre producen películas con diferentes valores de rugosidade, que se poden distinguir claramente nunha imaxe de microscopio electrónico de varrido (SEM). Se vas operar a altas frecuencias (normalmente WiFi de 5 GHz ou superior) ou a altas velocidades, presta atención ao tipo de cobre especificado na folla de datos do teu material.

Ademais, asegúrate de comprender o significado dos valores Dk nunha folla de datos. Mira esta conversa en podcast con John Coonrod de Rogers para obter máis información sobre as especificacións Dk. Con isto en mente, vexamos algúns dos diferentes tipos de lámina de cobre para PCB.

Electrodepositado

Neste proceso, un tambor fírase a través dunha solución electrolítica e utilízase unha reacción de electrodeposición para "facer medrar" a lámina de cobre sobre o tambor. A medida que o tambor xira, a película de cobre resultante envólvese lentamente nun rolo, dando lugar a unha lámina continua de cobre que posteriormente se pode enrolar sobre un laminado. O lado do cobre do tambor coincidirá esencialmente coa rugosidade do tambor, mentres que o lado exposto será moito máis rugoso.

Lámina de cobre para PCB electrodepositada

Produción de cobre electrodepositado.
Para poder empregarse nun proceso estándar de fabricación de PCB, o lado rugoso do cobre unirase primeiro a un dieléctrico de resina de vidro. O cobre exposto restante (lado do tambor) deberá ser rugoso intencionadamente quimicamente (por exemplo, con gravado por plasma) antes de poder empregarse no proceso estándar de laminación de revestimento de cobre. Isto garantirá que se poida unir á seguinte capa do apilamento de PCB.

Cobre electrodepositado tratado superficialmente

Non sei cal é o mellor termo que abrangue todos os diferentes tipos de tratamento superficialláminas de cobre, de aí o título anterior. Estes materiais de cobre coñécense mellor como láminas tratadas inversamente, aínda que existen outras dúas variacións (véxase máis abaixo).

As láminas tratadas inversamente empregan un tratamento superficial que se aplica ao lado liso (lado do tambor) dunha lámina de cobre electrodepositada. Unha capa de tratamento é simplemente unha capa fina que rugosa intencionadamente o cobre, polo que terá unha maior adhesión a un material dieléctrico. Estes tratamentos tamén actúan como unha barreira de oxidación que impide a corrosión. Cando se usa este cobre para crear paneis laminados, o lado tratado únese ao dieléctrico e o lado rugoso restante permanece exposto. O lado exposto non necesitará ningunha rugosidade adicional antes do gravado; xa terá a forza suficiente para unirse á seguinte capa na acumulación de PCB.

Tres variacións da lámina de cobre tratada inversamente inclúen:

Lámina de cobre de alongamento a alta temperatura (HTE): trátase dunha lámina de cobre electrodepositada que cumpre coas especificacións IPC-4562 de grao 3. A cara exposta tamén se trata cunha barreira de oxidación para evitar a corrosión durante o almacenamento.
Lámina tratada dobremente: nesta lámina de cobre, o tratamento aplícase a ambos os dous lados da película. Este material ás veces denomínase lámina tratada no lado do tambor.
Cobre resistivo: Normalmente non se clasifica como cobre con tratamento superficial. Esta lámina de cobre usa un revestimento metálico sobre o lado mate do cobre, que logo se ruge ata o nivel desexado.
A aplicación do tratamento superficial nestes materiais de cobre é sinxela: a lámina enrólase a través de baños de electrólitos adicionais que aplican un revestimento secundario de cobre, seguido dunha capa de semente de barreira e, finalmente, unha capa de película antimanchas.

Lámina de cobre para PCB

Procesos de tratamento superficial para láminas de cobre. [Fonte: Pytel, Steven G., et al. "Análise dos tratamentos de cobre e os efectos na propagación do sinal". En 2008, 58th Electronic Components and Technology Conference, pp. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Con estes procesos, tes un material que se pode usar facilmente no proceso estándar de fabricación de placas cun procesamento adicional mínimo.

Cobre laminado e recocido

As láminas de cobre laminadas e recocidas pasan un rolo de lámina de cobre a través dun par de rolos, que laminan en frío a lámina de cobre ata o grosor desexado. A rugosidade da lámina resultante variará dependendo dos parámetros de laminación (velocidade, presión, etc.).

A lámina resultante pode ser moi lisa e pódense ver estrías na superficie da lámina de cobre recocida e laminada. As imaxes seguintes mostran unha comparación entre unha lámina de cobre electrodepositada e unha lámina recocida e laminada.

Comparación de láminas de cobre para PCB

Comparación de láminas electrodepositadas fronte a láminas laminadas e recocidas.
Cobre de perfil baixo
Este non é necesariamente un tipo de lámina de cobre que fabricarías cun proceso alternativo. O cobre de perfil baixo é cobre electrodepositado que se trata e modifica cun proceso de microrugosidade para proporcionar unha rugosidade media moi baixa con rugosidade suficiente para a adhesión ao substrato. Os procesos de fabricación destas láminas de cobre adoitan ser propietarios. Estas láminas adoitan clasificarse como de perfil ultrabaixo (ULP), perfil moi baixo (VLP) e simplemente de perfil baixo (LP, rugosidade media de aproximadamente 1 micra).

Artigos relacionados:

Por que se usa a lámina de cobre na fabricación de PCB?

Lámina de cobre usada en placas de circuíto impreso