La industria de los materiales de PCB ha gastado cantidades significativas de tiempo en desarrollar materiales que proporcionan la pérdida de señal más baja posible. Para diseños de alta velocidad y alta frecuencia, las pérdidas limitarán la distancia de propagación de la señal y las señales de distorsiones, y creará una desviación de impedancia que se puede ver en las mediciones de TDR. A medida que diseñamos cualquier placa de circuito impreso y desarrollamos circuitos que funcionen a frecuencias más altas, puede ser tentador optar por el cobre más suave posible en todos los diseños que cree.

Si bien es cierto que la rugosidad del cobre crea desviación y pérdidas de impedancia adicionales, ¿qué tan suave es realmente que su lámina de cobre realmente necesita ser? ¿Hay algunos métodos simples que puede usar para superar las pérdidas sin seleccionar cobre ultra suave para cada diseño? Veremos estos puntos en este artículo, así como lo que puede buscar si comienza a comprar materiales de apilamiento de PCB.

Tipos deFoil de cobre PCB

Normalmente, cuando hablamos de cobre en materiales de PCB, no hablamos del tipo específico de cobre, solo hablamos sobre su aspereza. Los diferentes métodos de deposición de cobre producen películas con diferentes valores de rugosidad, que pueden distinguirse claramente en una imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM). Si va a operar a altas frecuencias (normalmente WiFi de 5 GHz o más) o a altas velocidades, preste atención al tipo de cobre especificado en su hoja de datos de material.

Además, asegúrese de comprender el significado de los valores DK en una hoja de datos. Mire esta discusión de podcast con John Coonrod de Rogers para aprender más sobre las especificaciones de DK. Con eso en mente, veamos algunos de los diferentes tipos de papel de cobre PCB.

Electrodopositado

En este proceso, se gira un tambor a través de una solución electrolítica, y se usa una reacción de electrodeposición para "cultivar" la lámina de cobre sobre el tambor. A medida que el tambor gira, la película de cobre resultante se envuelve lentamente en un rodillo, dando una lámina de cobre continua que luego se puede enrollar sobre un laminado. El lado del tambor del cobre esencialmente coincidirá con la rugosidad del tambor, mientras que el lado expuesto será mucho más duro.

Lámina de cobre de PCB electrodopositada

Producción de cobre electrodepositada.
Para usarse en un proceso de fabricación de PCB estándar, el lado rugoso del cobre primero se unirá a un dieléctrico de resina de vidrio. El cobre expuesto restante (lado del tambor) deberá ser intencionalmente rugado químicamente (por ejemplo, con grabado en plasma) antes de que pueda usarse en el proceso de laminación revestido de cobre estándar. Esto asegurará que se pueda unir a la siguiente capa en la pila PCB.

Cobre electrodepositado en superficie

No sé el mejor término que abarca todos los diferentes tipos de superficie tratadoláminas de cobre, así el encabezado anterior. Estos materiales de cobre se conocen mejor como láminas de tratamiento inversa, aunque hay otras dos variaciones disponibles (ver más abajo).

Las láminas tratadas con inversión usan un tratamiento de superficie que se aplica al lado liso (lado del tambor) de una lámina de cobre electrodopositada. Una capa de tratamiento es solo un recubrimiento delgado que intencionalmente rusa del cobre, por lo que tendrá una mayor adhesión a un material dieléctrico. Estos tratamientos también actúan como una barrera de oxidación que previene la corrosión. Cuando este cobre se usa para crear paneles laminados, el lado tratado se une al dieléctrico y el lado rugoso sobrante permanece expuesto. El lado expuesto no necesitará ningún rugido adicional antes del grabado; Ya tendrá suficiente fuerza para unirse a la siguiente capa en la pila PCB.

Tres variaciones sobre la lámina de cobre tratada inversa incluyen:

Foil de cobre de alargamiento de alta temperatura (HTE): esta es una lámina de cobre electrodopositada que cumple con las especificaciones de IPC-4562 Grado 3. La cara expuesta también se trata con una barrera de oxidación para evitar la corrosión durante el almacenamiento.
Foil doble tratado: en esta lámina de cobre, el tratamiento se aplica a ambos lados de la película. Este material a veces se llama papel de aluminio tratado con el lado del tambor.
Cobre resistivo: esto normalmente no se clasifica como un cobre tratado en superficie. Esta lámina de cobre utiliza un recubrimiento metálico sobre el lado mate del cobre, que luego se agita al nivel deseado.
La aplicación de tratamiento de superficie en estos materiales de cobre es sencillo: el papel de aluminio se enrolla a través de baños de electrolitos adicionales que aplican un revestimiento de cobre secundario, seguido de una capa de semilla de barrera y finalmente una capa de película anti-Tarnish.

Foil de cobre PCB

Procesos de tratamiento de superficie para láminas de cobre. [Fuente: Pytel, Steven G., et al. "Análisis de tratamientos de cobre y los efectos sobre la propagación de la señal". En 2008 58a Conferencia de Componentes y Tecnología Electrónica, pp. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Con estos procesos, tiene un material que se puede utilizar fácilmente en el proceso de fabricación de la placa estándar con un procesamiento adicional mínimo.

Cobre de recocido enrollado

Las láminas de cobre de recogida enrollada pasarán un rollo de lámina de cobre a través de un par de rodillos, lo que arrojará la lámina de cobre al grosor deseado. La rugosidad de la hoja de aluminio resultante variará según los parámetros de rodadura (velocidad, presión, etc.).

La lámina resultante puede ser muy suave, y las estrías son visibles en la superficie de la lámina de cobre de recocida enrollada. Las imágenes a continuación muestran una comparación entre una lámina de cobre electrodepositada y una lámina de recocida enrollada.

Comparación de lámina de cobre PCB

Comparación de láminas electrodepositadas versus recocidas enrolladas.
Cobre de bajo perfil
Este no es necesariamente un tipo de lámina de cobre que fabricaría con un proceso alternativo. El cobre de bajo perfil es de cobre electrodepositado que se trata y se modifica con un proceso de micro-rodeos para proporcionar una rugosidad promedio muy baja con suficiente rugosidad para la adhesión al sustrato. Los procesos para fabricar estas láminas de cobre normalmente son propietarios. Estas láminas a menudo se clasifican como perfil ultra bajo (ULP), perfil muy bajo (VLP) y simplemente de bajo perfil (LP, rugosidad promedio de aproximadamente 1 micras).

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