Η βιομηχανία υλικών PCB έχει αφιερώσει σημαντικό χρόνο στην ανάπτυξη υλικών που παρέχουν τη χαμηλότερη δυνατή απώλεια σήματος. Για σχέδια υψηλής ταχύτητας και υψηλής συχνότητας, οι απώλειες θα περιορίσουν την απόσταση διάδοσης του σήματος και θα παραμορφώσουν τα σήματα, και θα δημιουργήσουν μια απόκλιση σύνθετης αντίστασης που μπορεί να παρατηρηθεί στις μετρήσεις TDR. Καθώς σχεδιάζουμε οποιαδήποτε πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος και αναπτύσσουμε κυκλώματα που λειτουργούν σε υψηλότερες συχνότητες, μπορεί να είναι δελεαστικό να επιλέξουμε τον πιο ομαλό δυνατό χαλκό σε όλα τα σχέδια που δημιουργείτε.

Ενώ είναι αλήθεια ότι η τραχύτητα του χαλκού δημιουργεί πρόσθετη απόκλιση σύνθετης αντίστασης και απώλειες, πόσο λείο πρέπει πραγματικά να είναι το φύλλο χαλκού σας; Υπάρχουν μερικές απλές μέθοδοι που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να ξεπεράσετε τις απώλειες χωρίς να επιλέξετε εξαιρετικά λείο χαλκό για κάθε σχέδιο; Θα εξετάσουμε αυτά τα σημεία σε αυτό το άρθρο, καθώς και τι μπορείτε να αναζητήσετε αν ξεκινήσετε να ψωνίζετε υλικά για στοίβαξη PCB.

ΤύποιΦύλλο χαλκού PCB

Συνήθως, όταν μιλάμε για χαλκό σε υλικά PCB, δεν μιλάμε για τον συγκεκριμένο τύπο χαλκού, αλλά μόνο για την τραχύτητά του. Διαφορετικές μέθοδοι εναπόθεσης χαλκού παράγουν φιλμ με διαφορετικές τιμές τραχύτητας, οι οποίες μπορούν να διακριθούν σαφώς σε μια εικόνα ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (SEM). Εάν πρόκειται να λειτουργείτε σε υψηλές συχνότητες (συνήθως WiFi 5 GHz ή υψηλότερη) ή σε υψηλές ταχύτητες, τότε δώστε προσοχή στον τύπο χαλκού που καθορίζεται στο φύλλο δεδομένων του υλικού σας.

Επίσης, φροντίστε να κατανοήσετε την έννοια των τιμών Dk σε ένα φύλλο δεδομένων. Παρακολουθήστε αυτήν τη συζήτηση podcast με τον John Coonrod από την Rogers για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τις προδιαγραφές Dk. Έχοντας αυτό κατά νου, ας δούμε μερικούς από τους διαφορετικούς τύπους φύλλου χαλκού PCB.

Ηλεκτροεναποτιθέμενο

Σε αυτήν τη διαδικασία, ένα τύμπανο περιστρέφεται μέσα από ένα ηλεκτρολυτικό διάλυμα και χρησιμοποιείται μια αντίδραση ηλεκτροαπόθεσης για την «ανάπτυξη» του φύλλου χαλκού πάνω στο τύμπανο. Καθώς το τύμπανο περιστρέφεται, η προκύπτουσα μεμβράνη χαλκού τυλίγεται αργά σε έναν κύλινδρο, δημιουργώντας ένα συνεχές φύλλο χαλκού που μπορεί αργότερα να τυλιχτεί σε ένα φύλλο πλαστικού. Η πλευρά του τυμπάνου του χαλκού ουσιαστικά θα ταιριάζει με την τραχύτητα του τυμπάνου, ενώ η εκτεθειμένη πλευρά θα είναι πολύ πιο τραχιά.

Ηλεκτρολυτικά εναποτιθέμενο φύλλο χαλκού PCB

Παραγωγή ηλεκτρολυτικά αποτιθέμενου χαλκού.
Για να χρησιμοποιηθεί σε μια τυπική διαδικασία κατασκευής PCB, η τραχιά πλευρά του χαλκού θα πρέπει πρώτα να συγκολληθεί με ένα διηλεκτρικό από υαλορητίνη. Ο υπόλοιπος εκτεθειμένος χαλκός (πλευρά τυμπάνου) θα πρέπει να υποστεί σκόπιμη χημική τραχύτητα (π.χ., με χάραξη πλάσματος) πριν μπορέσει να χρησιμοποιηθεί στην τυπική διαδικασία πλαστικοποίησης με επικάλυψη χαλκού. Αυτό θα διασφαλίσει ότι μπορεί να συγκολληθεί στο επόμενο στρώμα της στοίβας PCB.

Επιφανειακά επεξεργασμένος ηλεκτρολυτικά εναποτιθέμενος χαλκός

Δεν γνωρίζω τον καλύτερο όρο που να περιλαμβάνει όλους τους διαφορετικούς τύπους επιφανειακής επεξεργασίας.φύλλα χαλκού, εξ ου και η παραπάνω επικεφαλίδα. Αυτά τα υλικά χαλκού είναι περισσότερο γνωστά ως αντίστροφα επεξεργασμένα φύλλα, αν και διατίθενται δύο άλλες παραλλαγές (βλ. παρακάτω).

Τα αντίστροφα επεξεργασμένα φύλλα χρησιμοποιούν μια επιφανειακή επεξεργασία που εφαρμόζεται στην λεία πλευρά (πλευρά τυμπάνου) ενός ηλεκτροαποτιθέμενου φύλλου χαλκού. Ένα στρώμα επεξεργασίας είναι απλώς μια λεπτή επίστρωση που σκόπιμα τραχύνει τον χαλκό, έτσι ώστε να έχει μεγαλύτερη πρόσφυση σε ένα διηλεκτρικό υλικό. Αυτές οι επεξεργασίες λειτουργούν επίσης ως φράγμα οξείδωσης που αποτρέπει τη διάβρωση. Όταν αυτός ο χαλκός χρησιμοποιείται για τη δημιουργία πολυστρωματικών πάνελ, η επεξεργασμένη πλευρά συγκολλάται στο διηλεκτρικό και η τραχιά πλευρά που απομένει παραμένει εκτεθειμένη. Η εκτεθειμένη πλευρά δεν θα χρειαστεί επιπλέον τραχύτητα πριν από τη χάραξη. Θα έχει ήδη αρκετή αντοχή για να συγκολληθεί με το επόμενο στρώμα στη στοίβα PCB.

Τρεις παραλλαγές του φύλλου χαλκού με αντίστροφη επεξεργασία περιλαμβάνουν:

Φύλλο χαλκού επιμήκυνσης υψηλής θερμοκρασίας (HTE): Πρόκειται για ένα ηλεκτρολυτικά εναποτιθέμενο φύλλο χαλκού που συμμορφώνεται με τις προδιαγραφές IPC-4562 Βαθμού 3. Η εκτεθειμένη επιφάνεια υποβάλλεται επίσης σε επεξεργασία με ένα φράγμα οξείδωσης για την πρόληψη της διάβρωσης κατά την αποθήκευση.
Διπλά επεξεργασμένο φύλλο: Σε αυτό το φύλλο χαλκού, η επεξεργασία εφαρμόζεται και στις δύο πλευρές της μεμβράνης. Αυτό το υλικό ονομάζεται μερικές φορές φύλλο επεξεργασμένο από την πλευρά του τυμπάνου.
Ωμικός χαλκός: Συνήθως δεν ταξινομείται ως επιφανειακά επεξεργασμένος χαλκός. Αυτό το φύλλο χαλκού χρησιμοποιεί μια μεταλλική επίστρωση πάνω από την ματ πλευρά του χαλκού, η οποία στη συνέχεια τραβιέται στο επιθυμητό επίπεδο.
Η εφαρμογή επιφανειακής επεξεργασίας σε αυτά τα υλικά χαλκού είναι απλή: το φύλλο αλουμινίου τυλίγεται μέσα από πρόσθετα λουτρά ηλεκτρολυτών που εφαρμόζουν μια δευτερεύουσα επιχάλκωση, ακολουθούμενη από ένα στρώμα φραγμού και τέλος ένα στρώμα μεμβράνης κατά της θαμπάδας.

Φύλλο χαλκού PCB

Διαδικασίες επιφανειακής επεξεργασίας για φύλλα χαλκού. [Πηγή: Pytel, Steven G., et al. "Ανάλυση των επεξεργασιών χαλκού και οι επιπτώσεις στην διάδοση σήματος." Στο 58ο Συνέδριο Ηλεκτρονικών Στοιχείων και Τεχνολογίας του 2008, σελ. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Με αυτές τις διαδικασίες, έχετε ένα υλικό που μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί στην τυπική διαδικασία κατασκευής σανίδων με ελάχιστη πρόσθετη επεξεργασία.

Χαλκός με έλαση και ανόπτηση

Τα φύλλα χαλκού που έχουν υποστεί κυλινδρική ανόπτηση περνούν ένα ρολό φύλλου χαλκού μέσα από ένα ζεύγος κυλίνδρων, οι οποίοι θα κυλινδρώσουν ψυχρά το φύλλο χαλκού στο επιθυμητό πάχος. Η τραχύτητα του φύλλου φύλλου που προκύπτει θα ποικίλλει ανάλογα με τις παραμέτρους κυλινδρισμού (ταχύτητα, πίεση κ.λπ.).

Το προκύπτον φύλλο μπορεί να είναι πολύ λείο και οι ραβδώσεις είναι ορατές στην επιφάνεια του φύλλου χαλκού που έχει υποστεί κυλινδρική ανόπτηση. Οι παρακάτω εικόνες δείχνουν μια σύγκριση μεταξύ ενός ηλεκτροαποτιθέμενου φύλλου χαλκού και ενός φύλλου που έχει υποστεί κυλινδρική ανόπτηση.

Σύγκριση φύλλων αλουμινίου χαλκού PCB

Σύγκριση ηλεκτροαποτιθέμενων έναντι κυλινδρικά ανόπτητων φύλλων.
Χαλκός χαμηλού προφίλ
Αυτό δεν είναι απαραίτητα ένας τύπος φύλλου χαλκού που θα κατασκευάζατε με μια εναλλακτική διαδικασία. Ο χαλκός χαμηλού προφίλ είναι ηλεκτροαποτιθέμενος χαλκός που υποβάλλεται σε επεξεργασία και τροποποιείται με μια διαδικασία μικρο-τραχύτητας για να παρέχει πολύ χαμηλή μέση τραχύτητα με επαρκή τραχύτητα για πρόσφυση στο υπόστρωμα. Οι διαδικασίες για την κατασκευή αυτών των φύλλων χαλκού είναι συνήθως ιδιόκτητες. Αυτά τα φύλλα συχνά κατηγοριοποιούνται ως εξαιρετικά χαμηλού προφίλ (ULP), πολύ χαμηλού προφίλ (VLP) και απλώς χαμηλού προφίλ (LP, μέση τραχύτητα περίπου 1 μικρό).

Σχετικά άρθρα:

Γιατί χρησιμοποιείται το φύλλο χαλκού στην κατασκευή PCB;

Φύλλο χαλκού που χρησιμοποιείται σε πλακέτα τυπωμένων κυκλωμάτων