帶你了解PCB印刷電路板中的銅箔

帶你了解PCB印刷電路板中的銅箔

應(yīng)用于PCB行業(yè)的銅箔比實(shí)際想象中的更為復(fù)雜。銅既是一種優(yōu)異的良導(dǎo)體，也是一種優(yōu)異的熱導(dǎo)體，因此使其成為絕大多數(shù)PCB應(yīng)用導(dǎo)體的理想材料。銅箔還有很多其他特性，理解這些特性對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)十分重要。

PCB行業(yè)中使用的銅箔一般有壓延銅箔（rolled annealed copper, RA）或電解（ED）銅箔兩種。壓延銅箔的工藝制造從純銅坯料開始，不斷碾壓縮減厚度，最終縮減成需要的理想厚度的銅箔。ED銅箔采用的是電鍍制造工藝，在該過程中，將銅鍍?cè)谝粋€(gè)旋轉(zhuǎn)的鈦鼓上，同時(shí)隨著鈦鼓的旋轉(zhuǎn)，銅離子逐漸地沉積，形成銅箔。鈦鼓的旋轉(zhuǎn)速度直接影響著銅箔的厚度。銅箔制成后，無(wú)論是RA銅箔，還是ED銅箔，都需要經(jīng)過多個(gè)工藝處理。

銅箔有多種處理方式

由于多種原因，銅箔有多種處理方式。其中一些處理方式屬于鈍化處理，旨在保證在銅箔使用之前不會(huì)氧化。另一些銅箔處理方式旨在增強(qiáng)銅箔與某些樹脂體系的良好化學(xué)粘合性（例如PPE與PTFE）。由于樹脂體系的差異，材料對(duì)各種處理方式的反應(yīng)也不盡相同。因?yàn)槊糠N樹脂體系都有不同的粘結(jié)特性，所以一些處理/樹脂組合會(huì)優(yōu)于其他處理/樹脂組合，從而實(shí)現(xiàn)良好的粘合性。還有一些銅箔處理方式可以保證在高溫條件下實(shí)現(xiàn)合適粘結(jié)。也還有其他處理方式使其形成可靠的粘合面而確保長(zhǎng)期高溫下的可靠性等。

針對(duì)剛性PCB應(yīng)用，ED 銅箔是最常用的，不過RA 銅箔也會(huì)被使用。通常來(lái)說(shuō)，RA 銅箔比ED銅箔更加昂貴。除非RA 銅箔的某些特性對(duì)應(yīng)用更有優(yōu)勢(shì)，否則一般不使用RA 銅箔。RA銅箔的制造工藝使其表面非常光滑，而表面光滑的銅箔插入損耗較低，所以能很好適用于高頻和超高速數(shù)字應(yīng)用。RA銅箔作為銅箔的一種特有制造過程的產(chǎn)品，它的另一個(gè)特征是面內(nèi)晶體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)非常有利于需要對(duì)電路進(jìn)行彎折的應(yīng)用。與之對(duì)應(yīng)的，RA銅箔有一個(gè)技術(shù)弊端也與這種晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，即微小電路特征的蝕刻。當(dāng)然，可以使用RA銅箔的特定蝕刻在一定程度上克服這個(gè)問題。

ED銅箔在整個(gè)PCB行業(yè)中應(yīng)用廣泛。ED銅箔有多種不同的類型，通常按表面粗糙度和/或處理方式分類。IPC根據(jù)銅箔粗糙度，將ED銅箔分成不同類別，其中包括LP（低輪廓）、VLP（超低輪廓）和HVLP（甚超低輪廓）。

銅箔粗糙度有多種測(cè)量方法

銅箔粗糙度測(cè)量方法有多種，由于方法差異其測(cè)量結(jié)果可能讓人迷惑。一般來(lái)說(shuō)，有兩種粗糙度測(cè)量方法：接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。接觸式測(cè)量使用一個(gè)物理探針（即一個(gè)觸針）測(cè)量銅箔表面的峰谷。非接觸式測(cè)量一般通過反射光或激光測(cè)量確定銅箔表面的峰谷。

由于觸針針尖大小不同，接觸式輪廓測(cè)量?jī)x的準(zhǔn)確性較低，無(wú)法探知超窄粗糙度狹谷的深度。而且，觸針可能僅是“犁”過最高點(diǎn)，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。有經(jīng)驗(yàn)的工程師都熟悉這些問題，往往可以進(jìn)行一些微小調(diào)整來(lái)緩解準(zhǔn)確性問題。但總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于細(xì)晶粒銅箔，非接觸性輪廓測(cè)量?jī)x通常比接觸性輪廓測(cè)量?jī)x更準(zhǔn)確。

銅箔表面粗糙度特征有多種描述方法

銅箔表面粗糙度特征有多種描述方法。PCB制造工程師通常使用Rz值來(lái)描述，Rz表示一個(gè)樣本區(qū)域上多條直線上測(cè)量的峰-谷值。若Rz值作為一個(gè)面積區(qū)域（而非一條直線）進(jìn)行測(cè)量，那么此時(shí)Rz將被命名為Sz。Sz值與Rz值的含義是一樣的。對(duì)于高頻或高速數(shù)字（HSD）設(shè)計(jì)工程師來(lái)講，通常需要銅箔的Rq或Sq參數(shù)值。Rq/Sq表示多個(gè)樣品測(cè)量的銅箔表面粗糙度的均方根值。通過經(jīng)典的電磁模型發(fā)現(xiàn)，Rq/Sq的參數(shù)能夠更好地反應(yīng)銅箔粗糙度對(duì)于對(duì)RF或HSD的性能的影響，其電磁模型能更好地匹配實(shí)際電路的性能。

銅箔表面粗糙度還有另一個(gè)特性描述是建模中所感興趣的：即表面積指數(shù)（SAI），又被稱為表面積比。其定義為掃描區(qū)域內(nèi)的粗糙度的表面面積與該區(qū)域理想平整的面積之比。該粗糙度值可用于特定的電磁模型仿真，使其仿真結(jié)果能在超寬帶寬上表現(xiàn)出與實(shí)際電路優(yōu)異的匹配和準(zhǔn)確性。