Die PCB-Materialindustrie hat viel Zeit in die Entwicklung von Materialien investiert, die einen möglichst geringen Signalverlust bieten. Bei Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzdesigns begrenzen Verluste die Signalausbreitungsentfernung und verzerren Signale. Außerdem entsteht eine Impedanzabweichung, die in TDR-Messungen sichtbar ist. Da wir Leiterplatten entwerfen und Schaltkreise entwickeln, die bei höheren Frequenzen arbeiten, kann es verlockend sein, sich bei allen von Ihnen erstellten Designs für möglichst glattes Kupfer zu entscheiden.

Zwar führt die Rauheit von Kupfer zu zusätzlichen Impedanzabweichungen und Verlusten. Wie glatt muss Ihre Kupferfolie wirklich sein? Gibt es einige einfache Methoden, mit denen Sie Verluste überwinden können, ohne für jedes Design ultraglattes Kupfer auszuwählen? Wir gehen in diesem Artikel auf diese Punkte ein und erläutern auch, worauf Sie achten können, wenn Sie mit dem Einkauf von Materialien für den Leiterplattenaufbau beginnen.

Arten vonPCB-Kupferfolie

Wenn wir über Kupfer auf Leiterplattenmaterialien sprechen, sprechen wir normalerweise nicht über die spezifische Art des Kupfers, sondern nur über seine Rauheit. Verschiedene Kupferabscheidungsmethoden erzeugen Filme mit unterschiedlichen Rauheitswerten, die in einem Rasterelektronenmikroskopbild (REM) deutlich unterschieden werden können. Wenn Sie mit hohen Frequenzen (normalerweise 5 GHz WLAN oder höher) oder mit hohen Geschwindigkeiten arbeiten, achten Sie auf den in Ihrem Materialdatenblatt angegebenen Kupfertyp.

Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie die Bedeutung der Dk-Werte in einem Datenblatt verstehen. Sehen Sie sich diese Podcast-Diskussion mit John Coonrod von Rogers an, um mehr über die Dk-Spezifikationen zu erfahren. Schauen wir uns vor diesem Hintergrund einige der verschiedenen Arten von PCB-Kupferfolien an.

Galvanisch abgeschieden

Bei diesem Verfahren wird eine Trommel durch eine Elektrolytlösung gedreht und eine Elektroabscheidungsreaktion wird verwendet, um die Kupferfolie auf der Trommel „aufwachsen zu lassen“. Während sich die Trommel dreht, wird der resultierende Kupferfilm langsam auf eine Walze gewickelt, wodurch eine durchgehende Kupferfolie entsteht, die später auf ein Laminat gerollt werden kann. Die Trommelseite des Kupfers entspricht im Wesentlichen der Rauheit der Trommel, während die freiliegende Seite viel rauer sein wird.

Galvanisch abgeschiedene PCB-Kupferfolie

Produktion von galvanisch abgeschiedenem Kupfer.
Um in einem Standard-PCB-Herstellungsprozess verwendet zu werden, wird die raue Seite des Kupfers zunächst mit einem Glasharz-Dielektrikum verbunden. Das verbleibende freiliegende Kupfer (Trommelseite) muss absichtlich chemisch aufgeraut werden (z. B. durch Plasmaätzen), bevor es im standardmäßigen kupferkaschierten Laminierungsprozess verwendet werden kann. Dadurch wird sichergestellt, dass es mit der nächsten Schicht im Leiterplattenaufbau verbunden werden kann.

Oberflächenbehandeltes galvanisch abgeschiedenes Kupfer

Ich kenne nicht den besten Begriff, der alle verschiedenen Arten der Oberflächenbehandlung zusammenfasstKupferfolien, daher die obige Überschrift. Diese Kupfermaterialien sind am besten als umgekehrt behandelte Folien bekannt, obwohl zwei weitere Varianten erhältlich sind (siehe unten).

Umkehrbehandelte Folien nutzen eine Oberflächenbehandlung, die auf die glatte Seite (Trommelseite) eines elektrolytisch abgeschiedenen Kupferblechs aufgetragen wird. Eine Behandlungsschicht ist lediglich eine dünne Beschichtung, die das Kupfer absichtlich aufraut, sodass es besser an einem dielektrischen Material haftet. Diese Behandlungen wirken auch als Oxidationsbarriere, die Korrosion verhindert. Wenn dieses Kupfer zur Herstellung von Laminatplatten verwendet wird, wird die behandelte Seite mit dem Dielektrikum verbunden und die verbleibende raue Seite bleibt freigelegt. Die freiliegende Seite muss vor dem Ätzen nicht zusätzlich aufgeraut werden; Es verfügt bereits über genügend Festigkeit, um sich mit der nächsten Schicht im Leiterplattenaufbau zu verbinden.

Zu den drei Varianten der umgekehrt behandelten Kupferfolie gehören:

Kupferfolie mit hoher Temperaturdehnung (HTE): Hierbei handelt es sich um eine galvanisch abgeschiedene Kupferfolie, die den Spezifikationen IPC-4562 Klasse 3 entspricht. Die freiliegende Fläche ist außerdem mit einer Oxidationsbarriere behandelt, um Korrosion während der Lagerung zu verhindern.
Doppelt behandelte Folie: Bei dieser Kupferfolie wird die Behandlung auf beiden Seiten der Folie angewendet. Dieses Material wird manchmal als trommelseitig behandelte Folie bezeichnet.
Widerstandskupfer: Dies wird normalerweise nicht als oberflächenbehandeltes Kupfer klassifiziert. Diese Kupferfolie verwendet eine metallische Beschichtung auf der matten Seite des Kupfers, die dann auf das gewünschte Maß aufgeraut wird.
Die Anwendung der Oberflächenbehandlung bei diesen Kupfermaterialien ist unkompliziert: Die Folie wird durch zusätzliche Elektrolytbäder gerollt, die eine sekundäre Verkupferung aufbringen, gefolgt von einer Barriere-Keimschicht und schließlich einer Anlaufschutzfilmschicht.

PCB-Kupferfolie

Oberflächenbehandlungsverfahren für Kupferfolien. [Quelle: Pytel, Steven G., et al. „Analyse von Kupferbehandlungen und deren Auswirkungen auf die Signalausbreitung.“ Im Jahr 2008, 58. Konferenz für elektronische Komponenten und Technologie, S. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Mit diesen Verfahren verfügen Sie über ein Material, das mit minimalem zusätzlichem Bearbeitungsaufwand problemlos im Standard-Plattenherstellungsprozess verwendet werden kann.

Walzgeglühtes Kupfer

Bei gewalzt geglühten Kupferfolien wird eine Rolle Kupferfolie durch ein Walzenpaar geführt, das das Kupferblech auf die gewünschte Dicke kaltwalzt. Die Rauheit der resultierenden Folienbahn variiert je nach Walzparametern (Geschwindigkeit, Druck usw.).

Das resultierende Blech kann sehr glatt sein und auf der Oberfläche des gewalzgeglühten Kupferblechs sind Streifen sichtbar. Die Bilder unten zeigen einen Vergleich zwischen einer elektrolytisch abgeschiedenen Kupferfolie und einer gewalzgeglühten Folie.

Vergleich von PCB-Kupferfolien

Vergleich von galvanisch abgeschiedenen und gewalzgeglühten Folien.
Flaches Kupfer
Dies ist nicht unbedingt eine Art Kupferfolie, die Sie mit einem alternativen Verfahren herstellen würden. Low-Profile-Kupfer ist elektrolytisch abgeschiedenes Kupfer, das mit einem Mikroaufrauungsprozess behandelt und modifiziert wird, um eine sehr geringe durchschnittliche Rauheit mit ausreichender Aufrauung für die Haftung auf dem Substrat zu erzielen. Die Prozesse zur Herstellung dieser Kupferfolien sind normalerweise proprietär. Diese Folien werden häufig in die Kategorien Ultra-Low-Profile (ULP), Sehr-Low-Profile (VLP) und einfach Low-Profile (LP, etwa 1 Mikrometer durchschnittliche Rauheit) eingeteilt.

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