La industria de materiales para PCB ha dedicado mucho tiempo al desarrollo de materiales que ofrecen la menor pérdida de señal posible. En diseños de alta velocidad y alta frecuencia, las pérdidas limitan la distancia de propagación de la señal, la distorsionan y generan una desviación de impedancia que se puede observar en las mediciones de TDR. Al diseñar cualquier placa de circuito impreso y desarrollar circuitos que operan a frecuencias más altas, puede resultar tentador optar por el cobre más liso posible en todos los diseños.

Si bien es cierto que la rugosidad del cobre genera mayor desviación de impedancia y pérdidas, ¿qué tan lisa debe ser realmente la lámina de cobre? ¿Existen métodos sencillos para superar las pérdidas sin tener que seleccionar cobre ultraliso para cada diseño? Analizaremos estos puntos en este artículo, así como qué buscar al comenzar a comprar materiales para el apilado de PCB.

Tipos deLámina de cobre para PCB

Normalmente, cuando hablamos de cobre en materiales de PCB, no nos referimos al tipo específico de cobre, sino solo a su rugosidad. Los diferentes métodos de deposición de cobre producen películas con distintos valores de rugosidad, que se pueden distinguir claramente en una imagen de microscopio electrónico de barrido (MEB). Si va a operar a altas frecuencias (normalmente Wi-Fi de 5 GHz o superior) o a altas velocidades, preste atención al tipo de cobre especificado en la hoja de datos del material.

Además, asegúrese de comprender el significado de los valores Dk en una hoja de datos. Vea este podcast con John Coonrod de Rogers para obtener más información sobre las especificaciones Dk. Con esto en mente, veamos algunos de los diferentes tipos de lámina de cobre para PCB.

Electrodepositado

En este proceso, se hace girar un tambor a través de una solución electrolítica y se utiliza una reacción de electrodeposición para "crecer" la lámina de cobre sobre el tambor. A medida que el tambor gira, la película de cobre resultante se enrolla lentamente sobre un rodillo, creando una lámina continua de cobre que posteriormente puede enrollarse sobre un laminado. El lado del cobre del tambor tendrá prácticamente la misma rugosidad, mientras que el lado expuesto será mucho más rugoso.

Lámina de cobre de PCB electrodepositada

Producción de cobre electrodepositado.
Para su uso en un proceso estándar de fabricación de PCB, la cara rugosa del cobre se une primero a un dieléctrico de vidrio y resina. El cobre restante expuesto (lado del tambor) deberá ser desbastecido químicamente (por ejemplo, mediante grabado de plasma) antes de poder utilizarse en el proceso estándar de laminación de cobre revestido. Esto garantizará su unión a la siguiente capa del apilamiento de PCB.

Cobre electrodepositado con tratamiento superficial

No conozco el mejor término que englobe todos los diferentes tipos de superficies tratadas.láminas de cobreDe ahí el título anterior. Estos materiales de cobre se conocen mejor como láminas con tratamiento inverso, aunque existen otras dos variantes (véase más adelante).

Las láminas con tratamiento inverso utilizan un tratamiento superficial que se aplica a la cara lisa (lado del tambor) de una lámina de cobre electrodepositada. Una capa de tratamiento es simplemente una fina capa que rugosa intencionalmente el cobre para que tenga mayor adhesión al material dieléctrico. Estos tratamientos también actúan como una barrera antioxidante que previene la corrosión. Cuando este cobre se utiliza para crear paneles laminados, la cara tratada se une al dieléctrico y la cara rugosa sobrante queda expuesta. La cara expuesta no necesita rugosidad adicional antes del grabado; ya tendrá la resistencia suficiente para unirse a la siguiente capa de la placa de circuito impreso.

Tres variaciones de lámina de cobre con tratamiento inverso incluyen:

Lámina de cobre de elongación a alta temperatura (HTE): Esta lámina de cobre electrodepositada cumple con las especificaciones IPC-4562 Grado 3. La cara expuesta también está tratada con una barrera antioxidación para prevenir la corrosión durante el almacenamiento.
Lámina con doble tratamiento: En esta lámina de cobre, el tratamiento se aplica a ambas caras de la película. Este material a veces se denomina lámina con tratamiento lateral del tambor.
Cobre resistivo: Normalmente no se clasifica como cobre con tratamiento superficial. Esta lámina de cobre utiliza un recubrimiento metálico sobre la cara mate del cobre, que posteriormente se rugosa hasta alcanzar el nivel deseado.
La aplicación del tratamiento de superficie en estos materiales de cobre es sencilla: la lámina se enrolla a través de baños de electrolitos adicionales que aplican un recubrimiento de cobre secundario, seguido de una capa de barrera y, finalmente, una capa de película antideslustre.

Lámina de cobre para PCB

Procesos de tratamiento superficial de láminas de cobre. [Fuente: Pytel, Steven G., et al. "Análisis de los tratamientos de cobre y sus efectos en la propagación de la señal". 58.ª Conferencia de Componentes Electrónicos y Tecnología de 2008, págs. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Con estos procesos, se obtiene un material que puede utilizarse fácilmente en el proceso de fabricación de placas estándar con un procesamiento adicional mínimo.

Cobre laminado recocido

Las láminas de cobre recocidas por laminación pasan un rollo de lámina de cobre por un par de rodillos, que la laminan en frío hasta alcanzar el espesor deseado. La rugosidad de la lámina resultante varía en función de los parámetros de laminación (velocidad, presión, etc.).

La lámina resultante puede ser muy lisa, y se aprecian estrías en la superficie de la lámina de cobre laminado y recocido. Las imágenes a continuación muestran una comparación entre una lámina de cobre electrodepositada y una lámina laminada y recocida.

Comparación de láminas de cobre para PCB

Comparación de láminas electrodepositadas y láminas recocidas laminadas.
Cobre de perfil bajo
Este no es necesariamente un tipo de lámina de cobre que se fabricaría con un proceso alternativo. El cobre de perfil bajo es cobre electrodepositado, tratado y modificado mediante un proceso de microrugosidad para obtener una rugosidad promedio muy baja con la rugosidad suficiente para su adhesión al sustrato. Los procesos de fabricación de estas láminas de cobre suelen ser patentados. Estas láminas se clasifican a menudo como de perfil ultrabajo (ULP), perfil muy bajo (VLP) y simplemente de perfil bajo (LP, con una rugosidad promedio de aproximadamente 1 micrón).

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