銅箔電路板應用

2020-12-05 電子發燒友

銅箔電路板應用

發表於 2019-06-13 09:17:16

銅箔簡介 

Copper foil（銅箔）：一種陰質性電解材料，沉澱於線路板基底層上的一層薄的、連續的金屬箔，它作為PCB的導電體。它容易粘合於絕緣層，接受印刷保護層，腐蝕後形成電路圖樣。Copper mirror test（銅鏡測試）：一種助焊劑腐蝕性測試，在玻璃板上使用一種真空沉澱薄膜。 

銅箔由銅加一定比例的其它金屬打制而成，銅箔一般有90箔和88箔兩種，即為含銅量為90%和88%，尺寸為16*16cm。銅箔是用途最廣泛的裝飾材料。如：賓館酒店、寺院佛像、金字招牌、瓷磚馬賽克、工藝品等。

銅箔具有低表面氧氣特性，可以附著與各種不同基材，如金屬，絕緣材料等，擁有較寬的溫度使用範圍。主要應用於電磁屏蔽及抗靜電，將導電銅箔置於襯底面，結合金屬基材，具有優良的導通性，並提供電磁屏蔽的效果。可分為：自粘銅箔、雙導銅箔、單導銅箔等。 

電子級銅箔（純度99.7%以上，厚度5um-105um）是電子工業的基礎材料之一電子信息產業快速發展，電子級銅箔的使用量越來越大，產品廣泛應用於工業用計算器、通訊設備、QA設備、鋰離子蓄電池，民用電視機、錄像機、CD播放機、複印機、電話、冷暖空調、汽車用電子部件、遊戲機等。

國內外市場對電子級銅箔，尤其是高性能電子級銅箔的需求日益增加。有關專業機構預測，到2015年，中國電子級銅箔國內需求量將達到30萬噸，中國將成為世界印刷線路板和銅箔基地的最大製造地，電子級銅箔尤其是高性能箔市場看好。

銅箔粗糙度在高速PCB中的應用

一、趨膚效應帶來的問題

隨著在通信、雲計算、雲存儲技術發展，以及更高的乙太網、雲伺服器的發展，pcb將進一步向高速/高頻方向發展，pcb信號傳輸性能也會在一定程度上制約高速傳輸技術的發展。4G時代，pcb單通道信號傳輸速率已由10Gbps提升至25Gbps，預計5G時代會進一步提升至50Gbps以上。

信號高速/高頻化是信號傳輸越來越集中於導線「表層」（稱為趨膚效應），當頻率達1GHz時，其信號在導線表面的傳輸厚度僅為2.1μm，如果導體表面粗糙度為3-5μm，信號傳輸僅在粗糙度的厚度範圍內進行；當信號傳輸頻率提高到10GHz時，其信號在導體表面的傳輸厚度為0.7μm，信號傳輸更是在粗糙度範圍內進行。信號在粗糙度範圍傳輸，傳輸信號的駐波、反射將越來越嚴重，並導致信號傳輸路徑變長，損耗增加。

由於趨膚效應的存在，高速pcb如果繼續使用常規（STD）銅箔，其結果是：隨信號傳輸頻率增加，趨膚效應導致的信號「失真」愈發嚴重。因此，當前的高速材料上低粗糙度銅箔的應用越來越廣泛，像Mid Loss材料和Low Loss材料都採用反轉（RTF）銅箔作為標配銅箔；Very Low Loss材料雖然也是標配RTF銅箔，但客戶設計多是採用超低輪廓（HVLP）銅箔；對於Ultra low loss材料，HVLP銅箔已成為標配。通過掃描電鏡和金相顯微鏡可看出STD、RTF和HVLP銅箔（厚0.5oz）的表面形貌。STD銅箔毛面粗糙度（Rz）約為5μm，光面粗糙度3μm；RTF銅箔毛面、光面粗糙度約3μm；HVLP銅箔光面、毛面粗糙度均在2μm以內。據佩特pcb小編的了解，銅箔供應商目前還正在開發表面粗糙度在1μm以下的NP銅箔，由於可靠性問題尚未解決，實際產品尚未應用。

二、趨膚效應帶來的問題

pcb中傳輸線損耗主要包括介質損耗和導體損耗兩個部分。對應常規FR4材料，1GHz是介質損耗和導體損耗的分水嶺，1GHz以下時導體損耗佔主要；頻率超過1GHz後，介質損耗佔主要。

然而，對應Very Low Loss材料，介質損耗已不是主要損耗，10GHz頻率下導體損耗約佔傳輸線整體損耗的60%。帶狀線理論計算的損耗與實測損耗基本一致；不管是微帶線還是帶狀線，介質損耗都遠小於導體損耗。

從Mid Loss到Ultra Low Loss材料，導體損耗所佔的比重逐漸增加。高速材料採用不同類型銅箔後，測得的損耗也存在明顯差異

三、低粗糙度銅箔加工

HVLP銅箔表面雖比較光滑，但現有pcb生產工藝會導致銅箔表面粗糙度增加，影響HVLP銅箔效果。按內層線路製作工藝，內層需要經過幹膜前處理和棕化流程，經過這兩個流程處理後，HVLP銅箔表面粗糙度Rz會由原來的1.5μm增加至3μm左右。為解決該問題，市面上也有對應低粗糙度工藝推出，相比傳統棕化藥水，該工藝不會對HVLP銅箔表面進行微蝕，而是在對銅箔表面進行清洗後，沉上一層錫，並用矽氧烷對表面進行修飾，矽氧烷在與PP壓合時，可以起到橋連作用，可在一定程度上增加銅箔與PP的結合力。

採用該工藝與傳統棕化工藝後，HVLP銅箔表面粗糙度進行對比。現有幹膜前處理及棕化工藝都會在一定程度上使銅箔表面粗糙度增加；採用低粗糙度工藝後，銅箔表面粗糙度與原來料銅箔基本一致。

測試結果表明，採用低粗糙度工藝後，信號損耗可以降低0.03-0.05dB/Inch（12.5GHz）。客觀來說，這改善幅度對Very Low Loss材料來說改善幅度並不顯著，而結合改善的效果和成本投入來看，該工藝性價比還不能令人滿意，所以該工藝尚未得到pcb廠家的廣泛應用。同時對於HVLP銅來說，由於其本身還是具有一定粗糙度，這導致該工藝也只能達到這樣效果。對於未來Ultra Low Loss材料來說，該改善幅度可能會更有意義，另外當NP銅箔正式推出商用後，該工藝相信也會發揮更好的效果。

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