La industria de materiales de PCB ha dedicado una gran cantidad de tiempo a desarrollar materiales que proporcionen la menor pérdida de señal posible. Para diseños de alta velocidad y alta frecuencia, las pérdidas limitarán la distancia de propagación de la señal y distorsionarán las señales, y crearán una desviación de impedancia que se puede ver en las mediciones TDR. A medida que diseñamos cualquier placa de circuito impreso y desarrollamos circuitos que funcionan a frecuencias más altas, puede resultar tentador optar por el cobre más suave posible en todos los diseños que cree.

Si bien es cierto que la rugosidad del cobre crea pérdidas y desviaciones de impedancia adicionales, ¿qué tan suave debe ser realmente su lámina de cobre? ¿Existen algunos métodos sencillos que pueda utilizar para superar las pérdidas sin seleccionar cobre ultrasuave para cada diseño? Analizaremos estos puntos en este artículo, así como lo que puede buscar si comienza a comprar materiales de apilamiento de PCB.

tipos deLámina de cobre para PCB

Normalmente, cuando hablamos de cobre en materiales de PCB, no hablamos del tipo específico de cobre, solo hablamos de su rugosidad. 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 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. Mire esta discusión en podcast con John Coonrod de Rogers para obtener más información sobre las especificaciones de Dk. Con eso en mente, veamos algunos de los diferentes tipos de láminas 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 "hacer crecer" la lámina de cobre sobre el tambor. A medida que el tambor gira, la película de cobre resultante se envuelve lentamente sobre un rodillo, dando como resultado una lámina continua de cobre 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 rugoso.

Lámina de cobre para PCB electrodepositada

Producción de cobre electrodepositado.
Para poder utilizarlo 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 rugoso químicamente (por ejemplo, con grabado con plasma) antes de que pueda usarse en el proceso de laminación de revestimiento de cobre estándar. Esto asegurará que se pueda unir a la siguiente capa en la pila de PCB.

Cobre electrodepositado con tratamiento superficial

No sé cuál es el mejor término que engloba todos los diferentes tipos de superficies tratadas.láminas de cobre, de ahí el título anterior. Estos materiales de cobre se conocen mejor como láminas con tratamiento inverso, aunque hay otras dos variaciones disponibles (ver más abajo).

Las láminas con tratamiento inverso utilizan un tratamiento superficial que se aplica al lado liso (lado del tambor) de una lámina de cobre electrodepositada. Una capa de tratamiento es simplemente una capa delgada que intencionalmente vuelve áspero el cobre, por lo que tendrá una mayor adhesión a un material dieléctrico. Estos tratamientos también actúan como una barrera contra la oxidación que previene la corrosión. Cuando este cobre se utiliza para crear paneles laminados, el lado tratado se une al dieléctrico y el lado rugoso restante permanece expuesto. El lado expuesto no necesitará ninguna rugosidad adicional antes del grabado; ya tendrá suficiente fuerza para unirse a la siguiente capa en la pila de PCB.

Tres variaciones de la lámina de cobre con tratamiento inverso incluyen:

Lámina de cobre de alargamiento a alta temperatura (HTE): se trata de una lámina de cobre electrodepositada que cumple con las especificaciones IPC-4562 Grado 3. La cara expuesta también se trata con una barrera contra la oxidación para evitar la corrosión durante el almacenamiento.
Lámina de doble tratamiento: En esta lámina de cobre, el tratamiento se aplica a ambos lados de la película. Este material a veces se denomina lámina tratada en el lado del tambor.
Cobre resistivo: normalmente no se clasifica como cobre con tratamiento superficial. Esta lámina de cobre utiliza una capa metálica sobre el lado mate del cobre, que luego se raspa hasta 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 revestimiento de cobre secundario, seguido de una capa de semilla 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 tratamientos con cobre y sus efectos sobre la propagación de señales". En 2008, 58ª Conferencia de Tecnología y Componentes Electrónicos, págs. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Con estos procesos, tiene un material que se puede utilizar fácilmente en el proceso de fabricación de tableros estándar con un procesamiento adicional mínimo.

Cobre recocido laminado

Las láminas de cobre recocidas laminadas pasarán un rollo de lámina de cobre a través de un par de rodillos, que laminarán en frío la lámina de cobre hasta obtener el espesor deseado. La rugosidad de la lámina resultante variará dependiendo de los parámetros de laminado (velocidad, presión, etc.).

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

Comparación de láminas de cobre para PCB

Comparación de láminas electrodepositadas versus láminas recocidas laminadas.
Cobre de bajo perfil
Este no es necesariamente un tipo de lámina de cobre que se fabricaría con un proceso alternativo. El cobre de bajo perfil es cobre electrodepositado que se trata y modifica con un proceso de microrugosidad 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 patentados. Estas láminas a menudo se clasifican como de perfil ultrabajo (ULP), de muy bajo perfil (VLP) y simplemente de bajo perfil (LP, aproximadamente 1 micrón de rugosidad promedio).

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