L'industria dei materiali per PCB ha dedicato molto tempo allo sviluppo di materiali che garantiscano la minima perdita di segnale possibile. Per progetti ad alta velocità e alta frequenza, le perdite limiteranno la distanza di propagazione del segnale e distorceranno i segnali, creando una deviazione di impedenza che può essere osservata nelle misurazioni TDR. Quando progettiamo qualsiasi circuito stampato e sviluppiamo circuiti che operano a frequenze più elevate, potremmo essere tentati di optare per il rame più liscio possibile in tutti i progetti che realizziamo.

Sebbene sia vero che la ruvidità del rame crea ulteriori deviazioni di impedenza e perdite, quanto deve essere liscia la lamina di rame? Esistono metodi semplici per superare le perdite senza dover scegliere rame ultra-liscio per ogni progetto? Esamineremo questi punti in questo articolo, oltre a cosa cercare quando si inizia a cercare materiali per lo stackup dei PCB.

Tipi diFoglio di rame per PCB

Normalmente, quando parliamo di rame su materiali PCB, non ci riferiamo al tipo specifico di rame, ma solo alla sua rugosità. Diversi metodi di deposizione del rame producono film con diversi valori di rugosità, chiaramente distinguibili in un'immagine al microscopio elettronico a scansione (SEM). Se si prevede di operare ad alte frequenze (normalmente WiFi a 5 GHz o superiori) o ad alte velocità, è opportuno prestare attenzione al tipo di rame specificato nella scheda tecnica del materiale.

Inoltre, assicuratevi di comprendere il significato dei valori Dk in una scheda tecnica. Guardate questa discussione in podcast con John Coonrod di Rogers per saperne di più sulle specifiche Dk. Con questo in mente, diamo un'occhiata ad alcuni dei diversi tipi di fogli di rame per PCB.

Elettrodepositato

In questo processo, un tamburo viene fatto ruotare in una soluzione elettrolitica e una reazione di elettrodeposizione viene utilizzata per "far crescere" la lamina di rame sul tamburo. Mentre il tamburo ruota, la pellicola di rame risultante viene lentamente avvolta su un rullo, dando vita a un foglio continuo di rame che può essere successivamente arrotolato su un laminato. Il lato del tamburo del rame corrisponderà essenzialmente alla rugosità del tamburo, mentre il lato esposto sarà molto più rugoso.

Foglio di rame per PCB elettrodeposto

Produzione di rame elettrodeposto.
Per poter essere utilizzato in un processo di fabbricazione di PCB standard, il lato ruvido del rame verrà prima incollato a un dielettrico in vetroresina. Il rame esposto rimanente (lato tamburo) dovrà essere intenzionalmente irruvidito chimicamente (ad esempio, con incisione al plasma) prima di poter essere utilizzato nel processo di laminazione standard del rame rivestito. Questo garantirà che possa essere incollato allo strato successivo nella pila di PCB.

Rame elettrodeposto trattato in superficie

Non conosco il termine migliore che comprenda tutti i diversi tipi di superfici trattatefogli di rame, da cui il titolo sopra. Questi materiali in rame sono meglio conosciuti come lamine trattate inversamente, sebbene siano disponibili altre due varianti (vedi sotto).

I fogli trattati inversamente utilizzano un trattamento superficiale applicato al lato liscio (lato tamburo) di un foglio di rame elettrodeposto. Uno strato di trattamento è semplicemente un sottile rivestimento che irruvidisce intenzionalmente il rame, in modo da ottenere una maggiore adesione al materiale dielettrico. Questi trattamenti agiscono anche come barriera antiossidante che previene la corrosione. Quando questo rame viene utilizzato per creare pannelli laminati, il lato trattato viene incollato al dielettrico e il lato ruvido rimanente rimane esposto. Il lato esposto non necessita di ulteriore irruvidimento prima dell'incisione; avrà già una resistenza sufficiente per aderire allo strato successivo nella pila di PCB.

Tre varianti del foglio di rame trattato al contrario includono:

Lamina di rame ad alta elongazione (HTE): si tratta di una lamina di rame elettrodeposta conforme alle specifiche IPC-4562 Grado 3. La superficie esposta è inoltre trattata con una barriera antiossidante per prevenire la corrosione durante lo stoccaggio.
Lamina a doppio trattamento: in questa lamina di rame, il trattamento viene applicato su entrambi i lati della pellicola. Questo materiale è talvolta chiamato lamina trattata sul lato tamburo.
Rame resistivo: normalmente non è classificato come rame trattato in superficie. Questa lamina di rame utilizza un rivestimento metallico sul lato opaco del rame, che viene poi irruvidito fino al livello desiderato.
L'applicazione del trattamento superficiale su questi materiali in rame è semplice: la lamina viene fatta passare attraverso ulteriori bagni elettrolitici che applicano una placcatura secondaria in rame, seguita da uno strato di barriera e infine da uno strato di pellicola anti-ossidazione.

foglio di rame per PCB

Processi di trattamento superficiale per fogli di rame. [Fonte: Pytel, Steven G., et al. "Analisi dei trattamenti del rame e degli effetti sulla propagazione del segnale." 58a Conferenza sui componenti elettronici e la tecnologia del 2008, pp. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Grazie a questi processi, si ottiene un materiale che può essere facilmente utilizzato nel normale processo di fabbricazione delle schede, con una lavorazione aggiuntiva minima.

Rame laminato-ricotto

I fogli di rame laminato-ricotto vengono fatti passare attraverso una coppia di rulli, che li laminano a freddo fino allo spessore desiderato. La rugosità del foglio di rame risultante varia a seconda dei parametri di laminazione (velocità, pressione, ecc.).

Il foglio risultante può essere molto liscio e sulla superficie del foglio di rame laminato e ricotto sono visibili delle striature. Le immagini sottostanti mostrano un confronto tra un foglio di rame elettrodeposto e un foglio laminato e ricotto.

Confronto tra fogli di rame per PCB

Confronto tra lamine elettrodeposte e laminate-ricotte.
Rame a basso profilo
Questo non è necessariamente un tipo di lamina di rame che si produrrebbe con un processo alternativo. Il rame a basso profilo è rame elettrodeposto, trattato e modificato con un processo di micro-rugosità per fornire una rugosità media molto bassa, con una rugosità sufficiente per l'adesione al substrato. I processi per la produzione di queste lamine di rame sono normalmente proprietari. Queste lamine sono spesso classificate come a profilo ultra-basso (ULP), a profilo molto basso (VLP) e semplicemente a basso profilo (LP, rugosità media di circa 1 micron).

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