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

應用于PCB行業(yè)的銅箔比實(shí)際想象中的更為復雜。銅既是一種優(yōu)異的良導體，也是一種優(yōu)異的熱導體，因此使其成為絕大多數PCB應用導體的理想材料。銅箔還有很多其他特性，理解這些特性對于工程師來(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(kāi)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(guò)程中，將銅鍍在一個(gè)旋轉的鈦鼓上，同時(shí)隨著(zhù)鈦鼓的旋轉，銅離子逐漸地沉積，形成銅箔。鈦鼓的旋轉速度直接影響著(zhù)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(guò)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銅箔與某些樹(shù)脂體系的良好化學(xué)粘合性（例如PPE與PTFE）。由于樹(shù)脂體系的差異，材料對各種處理方式的反應也不盡相同。因為每種樹(shù)脂體系都有不同的粘結特性，所以一些處理/樹(shù)脂組合會(huì )優(yōu)于其他處理/樹(shù)脂組合，從而實(shí)現良好的粘合性。還有一些銅箔處理方式可以保證在高溫條件下實(shí)現合適粘結。也還有其他處理方式使其形成可靠的粘合面而確保長(cháng)期高溫下的可靠性等。

針對剛性PCB應用，ED 銅箔是最常用的，不過(guò)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 銅箔的某些特性對應用更有優(yōu)勢，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字應用。RA銅箔作為銅箔的一種特有制造過(guò)程的產(chǎn)品，它的另一個(gè)特征是面內晶體結構，這種結構非常有利于需要對電路進(jìn)行彎折的應用。與之對應的，RA銅箔有一個(gè)技術(shù)弊端也與這種晶體結構有關(guān)，即微小電路特征的蝕刻。當然，可以使用RA銅箔的特定蝕刻在一定程度上克服這個(gè)問(wèn)題。

ED銅箔在整個(gè)PCB行業(yè)中應用廣泛。ED銅箔有多種不同的類(lèi)型，通常按表面粗糙度和/或處理方式分類(lèi)。IPC根據銅箔粗糙度，將ED銅箔分成不同類(lèi)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量方法

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

由于觸針針尖大小不同，接觸式輪廓測量?jì)x的準確性較低，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(guò)最高點(diǎn)，但無(wú)法實(shí)現準確測量。有經(jīng)驗的工程師都熟悉這些問(wèn)題，往往可以進(jìn)行一些微小調整來(lái)緩解準確性問(wèn)題。但總的來(lái)說(shuō)，對于細晶粒銅箔，非接觸性輪廓測量?jì)x通常比接觸性輪廓測量?jì)x更準確。

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)樣本區域上多條直線(xiàn)上測量的峰-谷值。若Rz值作為一個(gè)面積區域（而非一條直線(xiàn)）進(jìn)行測量，那么此時(shí)Rz將被命名為Sz。Sz值與Rz值的含義是一樣的。對于高頻或高速數字（HSD）設計工程師來(lái)講，通常需要銅箔的Rq或Sq參數值。Rq/Sq表示多個(gè)樣品測量的銅箔表面粗糙度的均方根值。通過(guò)經(jīng)典的電磁模型發(fā)現，Rq/Sq的參數能夠更好地反應銅箔粗糙度對于對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（SAI），又被稱(chēng)為表面積比。其定義為掃描區域內的粗糙度的表面面積與該區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，使其仿真結果能在超寬帶寬上表現出與實(shí)際電路優(yōu)異的匹配和準確性。