L'industria dei materiali PCB ha dedicato molto tempo allo sviluppo di materiali che forniscano la minima perdita di segnale possibile. Per i progetti ad alta velocità e alta frequenza, le perdite limiteranno la distanza di propagazione del segnale e distorceranno i segnali e creeranno una deviazione di impedenza che può essere vista nelle misurazioni TDR. Poiché progettiamo qualsiasi scheda a circuito stampato e sviluppiamo circuiti che funzionano a frequenze più elevate, potresti essere tentato di optare per il rame più liscio possibile in tutti i progetti che crei.

Anche se è vero che la rugosità del rame crea ulteriori deviazioni e perdite di impedenza, quanto deve essere liscia la lamina di rame? Esistono alcuni metodi semplici che è possibile utilizzare per superare le perdite senza selezionare rame ultra liscio per ogni progetto? Esamineremo questi punti in questo articolo, nonché cosa puoi cercare se inizi ad acquistare materiali per impilamento PCB.

Tipi diFoglio di rame PCB

Normalmente quando parliamo di rame sui materiali PCB, non parliamo del tipo specifico di rame, parliamo solo della sua ruvidità. Diversi metodi di deposizione del rame producono pellicole con diversi valori di rugosità, che possono essere chiaramente distinti in un'immagine al microscopio elettronico a scansione (SEM). Se intendi operare a frequenze elevate (normalmente Wi-Fi a 5 GHz o superiore) o ad alte velocità, presta attenzione al tipo di rame specificato nella scheda tecnica del materiale.

Inoltre, assicurati di comprendere il significato dei valori Dk in una scheda tecnica. Guarda 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 passare attraverso una soluzione elettrolitica e viene utilizzata una reazione di elettrodeposizione per “far crescere” il foglio di rame sul tamburo. Mentre il tamburo ruota, la pellicola di rame risultante viene avvolta lentamente su un rullo, formando un foglio continuo di rame che può successivamente essere arrotolato su un laminato. Il lato del tamburo del rame corrisponderà essenzialmente alla ruvidità del tamburo, mentre il lato esposto sarà molto più ruvido.

Lamina di rame PCB elettrodepositata

Produzione di rame elettrodepositato.
Per poter essere utilizzato in un processo di fabbricazione PCB standard, il lato ruvido del rame verrà prima legato a un dielettrico in resina di vetro. Il rame esposto rimanente (lato tamburo) dovrà essere irruvidito chimicamente intenzionalmente (ad esempio, con incisione al plasma) prima di poter essere utilizzato nel processo di laminazione rivestito in rame standard. Ciò garantirà che possa essere collegato allo strato successivo nello stackup del PCB.

Rame elettrodepositato trattato in superficie

Non conosco il termine migliore che racchiuda tutte le diverse tipologie di superficie trattatalamine di rame, quindi il titolo di cui sopra. Questi materiali in rame sono meglio conosciuti come lamine trattate al contrario, sebbene siano disponibili altre due varianti (vedi sotto).

Le lamine con trattamento inverso utilizzano un trattamento superficiale applicato al lato liscio (lato tamburo) di un foglio di rame elettrodepositato. Uno strato di trattamento è semplicemente un rivestimento sottile che irruvidisce intenzionalmente il rame, quindi avrà una maggiore adesione a un materiale dielettrico. Questi trattamenti fungono anche da barriera all’ossidazione che previene la corrosione. Quando questo rame viene utilizzato per creare pannelli laminati, il lato trattato è legato al dielettrico e il lato ruvido rimanente rimane esposto. Il lato esposto non necessiterà di ulteriore irruvidimento prima dell'attacco; avrà già abbastanza forza per legarsi allo strato successivo nello stackup del PCB.

Tre variazioni sul foglio di rame trattato al contrario includono:

Foglio di rame con allungamento ad alta temperatura (HTE): si tratta di un foglio di rame elettrodepositato conforme alle specifiche IPC-4562 Grado 3. La faccia esposta è inoltre trattata con una barriera all'ossidazione per prevenire la corrosione durante lo stoccaggio.
Lamina con doppio trattamento: In questa lamina di rame, il trattamento viene applicato su entrambi i lati della pellicola. Questo materiale è talvolta chiamato foglio trattato 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 al livello desiderato.
L'applicazione del trattamento superficiale in questi materiali in rame è semplice: la lamina viene fatta rotolare attraverso ulteriori bagni elettrolitici che applicano una placcatura secondaria in rame, seguita da uno strato iniziale di barriera e infine uno strato di pellicola antiossidante.

Lamina di rame per PCB

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

Rame ricotto arrotolato

I fogli di rame ricotto laminato faranno passare un rotolo di foglio di rame attraverso una coppia di rulli, che lamineranno a freddo il foglio di rame fino allo spessore desiderato. La rugosità del foglio di alluminio risultante varierà a seconda dei parametri di laminazione (velocità, pressione, ecc.).

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

Confronto lamina di rame PCB

Confronto tra fogli elettrodepositati e laminati ricotti.
Rame a basso profilo
Questo non è necessariamente un tipo di foglio di rame che potresti fabbricare con un processo alternativo. Il rame a basso profilo è rame elettrodepositato che viene trattato e modificato con un processo di microirruvidimento per fornire una rugosità media molto bassa con un irruvidimento sufficiente per l'adesione al substrato. I processi per la produzione di questi fogli di rame sono normalmente proprietari. Queste lamine sono spesso classificate come a profilo ultra basso (ULP), a profilo molto basso (VLP) e semplicemente a profilo basso (LP, rugosità media di circa 1 micron).

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