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 φανεί στις μετρήσεις TDR. Καθώς σχεδιάζουμε οποιαδήποτε πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος και αναπτύσσουμε κυκλώματα που λειτουργούν σε υψηλότερες συχνότητες, μπορεί να είναι δελεαστικό να επιλέξετε τον πιο λείο δυνατό χαλκό σε όλα τα σχέδια που δημιουργείτε.

Ενώ είναι αλήθεια ότι η τραχύτητα του χαλκού δημιουργεί πρόσθετη απόκλιση και απώλειες σύνθετης αντίστασης, 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 αγοράζετε υλικά στοίβαξης PCB.

Τύποιφύλλο χαλκού PCB

Κανονικά όταν μιλάμε για χαλκό σε υλικά PCB, δεν μιλάμε για το συγκεκριμένο είδος χαλκού, μιλάμε μόνο για την τραχύτητα 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 παραπάνω) ή σε υψηλές ταχύτητες, τότε δώστε προσοχή στον τύπο χαλκού που καθορίζεται στο φύλλο δεδομένων 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.

Ηλεκτροαπόθεση

Σε αυτή τη διαδικασία, ένα τύμπανο περιστρέφεται μέσω ενός ηλεκτρολυτικού διαλύματος και χρησιμοποιείται μια αντίδραση ηλεκτροαπόθεσης για να «μεγαλώσει» το φύλλο χαλκού πάνω στο τύμπανο. Καθώς το τύμπανο περιστρέφεται, η προκύπτουσα μεμβράνη χαλκού τυλίγεται αργά σε έναν κύλινδρο, δίνοντας ένα συνεχές φύλλο χαλκού που μπορεί αργότερα να τυλιχτεί σε ένα πολυστρωματικό υλικό. Η πλευρά του τυμπάνου του χαλκού θα ταιριάζει ουσιαστικά με την τραχύτητα του τυμπάνου, ενώ η εκτεθειμένη πλευρά θα είναι πολύ πιο τραχιά.

Ηλεκτροαπόθεση φύλλο χαλκού PCB

Παραγωγή Ηλεκτροαπόθεσης Χαλκού.
Προκειμένου να χρησιμοποιηθεί σε μια τυπική διαδικασία κατασκευής PCB, η τραχιά πλευρά του χαλκού θα συνδεθεί πρώτα σε ένα διηλεκτρικό ρητίνης γυαλιού. Ο υπόλοιπος εκτεθειμένος χαλκός (πλευρά του τυμπάνου) θα χρειαστεί σκόπιμα τραχύ χημικά (π.χ. με χάραξη πλάσματος) για να μπορέσει να χρησιμοποιηθεί στην τυπική διαδικασία πλαστικοποίησης με επένδυση χαλκού. Αυτό θα εξασφαλίσει ότι μπορεί να συνδεθεί στο επόμενο στρώμα στη στοίβαξη PCB.

Επιφανειακά Επεξεργασμένος Ηλεκτροαπόθεση Χαλκός

Δεν ξέρω τον καλύτερο όρο που περιλαμβάνει όλους τους διαφορετικούς τύπους επιφανειών που έχουν υποστεί επεξεργασίαφύλλα χαλκού, επομένως η παραπάνω επικεφαλίδα. Αυτά τα υλικά χαλκού είναι πιο γνωστά ως φύλλα με αντίστροφη επεξεργασία, αν και είναι διαθέσιμες δύο άλλες παραλλαγές (βλ. παρακάτω).

Τα φύλλα που έχουν υποστεί αντίστροφη επεξεργασία χρησιμοποιούν μια επιφανειακή επεξεργασία που εφαρμόζεται στην λεία πλευρά (πλευρά του τυμπάνου) ενός ηλεκτροαπόθεσης φύλλου χαλκού. Ένα στρώμα επεξεργασίας είναι απλώς μια λεπτή επίστρωση που σκόπιμα τραχύνει τον χαλκό, επομένως θα έχει μεγαλύτερη πρόσφυση σε ένα διηλεκτρικό υλικό. Αυτές οι θεραπείες λειτουργούν επίσης ως φράγμα οξείδωσης που αποτρέπει τη διάβρωση. Όταν αυτός ο χαλκός χρησιμοποιείται για τη δημιουργία πολυστρωματικών πάνελ, η επεξεργασμένη πλευρά συνδέεται με το διηλεκτρικό και η εναπομείνασα τραχιά πλευρά παραμένει εκτεθειμένη. Η εκτεθειμένη πλευρά δεν θα χρειαστεί πρόσθετη τραχύτητα πριν από τη χάραξη. θα έχει ήδη αρκετή δύναμη για να συνδεθεί με το επόμενο στρώμα στη στοίβαξη PCB.

Τρεις παραλλαγές στο φύλλο χαλκού με αντίστροφη επεξεργασία περιλαμβάνουν:

Φύλλο χαλκού με επιμήκυνση υψηλής θερμοκρασίας (HTE): Πρόκειται για φύλλο χαλκού ηλεκτροαπόθεσης που συμμορφώνεται με τις προδιαγραφές IPC-4562 Grade 3. Το εκτεθειμένο πρόσωπο επεξεργάζεται επίσης ένα φράγμα οξείδωσης για την πρόληψη της διάβρωσης κατά την αποθήκευση.
Αλουμινόχαρτο διπλής επεξεργασίας: Σε αυτό το φύλλο χαλκού, η επεξεργασία εφαρμόζεται και στις δύο πλευρές της μεμβράνης. Αυτό το υλικό ονομάζεται μερικές φορές επεξεργασμένο φύλλο από την πλευρά του τυμπάνου.
Ανθεκτικός χαλκός: Συνήθως δεν ταξινομείται ως χαλκός που έχει υποστεί επεξεργασία επιφάνειας. Αυτό το φύλλο χαλκού χρησιμοποιεί μια μεταλλική επίστρωση πάνω από τη ματ πλευρά του χαλκού, η οποία στη συνέχεια τραχύνεται στο επιθυμητό επίπεδο.
Η εφαρμογή επιφανειακής επεξεργασίας σε αυτά τα χάλκινα υλικά είναι απλή: το φύλλο κυλίεται μέσω πρόσθετων λουτρών ηλεκτρολύτη που εφαρμόζουν μια δευτερεύουσα επιμετάλλωση χαλκού, ακολουθούμενη από ένα στρώμα φραγμού σπόρων και, τέλος, ένα στρώμα μεμβράνης κατά της αμαύρωσης.

φύλλο χαλκού PCB

Διαδικασίες επεξεργασίας επιφανειών για φύλλα χαλκού. [Πηγή: Pytel, Steven G., et al. "Ανάλυση των επεξεργασιών χαλκού και οι επιπτώσεις στη διάδοση του σήματος." Το 2008 58th Electronic Components and Technology Conference, 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.

Ελασματοποιημένος Χαλκός

Τα φύλλα χαλκού με ανόπτηση σε ρολό θα περάσουν ένα ρολό φύλλου χαλκού μέσα από ένα ζευγάρι κυλίνδρων, οι οποίοι θα κυλήσουν το φύλλο χαλκού στο επιθυμητό πάχος. Η τραχύτητα του φύλλου αλουμινίου που προκύπτει θα ποικίλλει ανάλογα με τις παραμέτρους κύλισης (ταχύτητα, πίεση κ.λπ.).

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

Σύγκριση φύλλου χαλκού PCB

Σύγκριση ηλεκτροαπόθεσης έναντι ελασματοποιημένων ελασμάτων.
Χαλκός χαμηλού προφίλ
Αυτό δεν είναι απαραίτητα ένας τύπος φύλλου χαλκού που θα κατασκευάζατε με μια εναλλακτική διαδικασία. Ο χαλκός χαμηλού προφίλ είναι ηλεκτροαπόθεση χαλκού που επεξεργάζεται 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 αποκλειστικές. Αυτά τα φύλλα συχνά κατηγοριοποιούνται ως εξαιρετικά χαμηλού προφίλ (ULP), πολύ χαμηλού προφίλ (VLP) και απλά χαμηλού προφίλ (LP, μέση τραχύτητα περίπου 1 micron).

Σχετικά άρθρα:

Γιατί χρησιμοποιείται το φύλλο χαλκού στην κατασκευή PCB;

Φύλλο χαλκού που χρησιμοποιείται στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος