大多數(shù)羅杰斯的高頻電路基板都要用到銅箔,在高可靠性的應(yīng)用中,選擇恰當(dāng)?shù)你~箔可以為電路提供最佳性能

銅箔有多種不同的類(lèi)型,比如存在重量(厚度)的差異,以及不同銅箔之間的特性也各不相同。了解它們之間的差異,可以幫助工程師在不同的應(yīng)用環(huán)境下,選擇正確的銅箔類(lèi)型。

銅箔制造工藝

標(biāo)準(zhǔn)電解銅箔在

電解銅箔的制造工藝中,銅箔是從含銅離子化學(xué)溶液中沉積到旋轉(zhuǎn)的鈦鼓上形成的。鈦鼓與直流電壓源相連,其中電源陰極連接到鈦鼓上,陽(yáng)極浸沒(méi)在銅電解質(zhì)溶液中。當(dāng)施加電壓時(shí),鈦鼓以非常慢的諫度旋轉(zhuǎn),銅溶液里面的銅離子在電流的牽引下就會(huì)慢慢地沉積到鈦鼓的陰極表面。鈦鼓的內(nèi)側(cè)銅表面是較光滑的,而另一側(cè)的銅表面相對(duì)而言較粗糙。鈦鼓轉(zhuǎn)動(dòng)速度越慢,沉積的銅就會(huì)越厚,反之亦然。銅箔的光滑面和粗糙面在經(jīng)過(guò)不同的處理流程后,就可以適用于印刷電路板的制作了。銅箔經(jīng)過(guò)工藝處理后,可以增強(qiáng)銅與介質(zhì)材料之間的結(jié)合力。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,可以減緩銅的氧化來(lái)起到抗變色的作用。

壓延銅箔

壓延銅箔是通過(guò)連續(xù)冷軋操作制成的。從純銅坯料開(kāi)始不斷碾軋縮減厚度并延長(zhǎng)長(zhǎng)度。其表面的光滑程度取決于軋機(jī)的狀態(tài)

電阻銅箔在電解銅箔的粗糙面涂覆金屬或合金,起到電阻層的作用。接下來(lái)就可以用鎳顆粒粗化電阻層。反轉(zhuǎn)銅箔和 Lo Pro銅箔反轉(zhuǎn)銅箔是將電解銅箈的光滑面進(jìn)行處理。其過(guò)程是在光湑表面迸行-層薄處理,將光湑表面變粗糙。目的是提髙銅箔與電介質(zhì)之間的結(jié)合力,并且增加銅箔的耐腐蝕性。在與介質(zhì)材料結(jié)合壓合成層壓板時(shí),經(jīng)過(guò)處理的銅箔表面將被層壓到電介質(zhì)材料上處理以后的銅面仍會(huì)比較光滑,而粗糙面仍舊非常粗糙。這是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電解銅的一個(gè)優(yōu)勢(shì),在電路加工壓干膜前之前,外層的粗糙面不需要再做其它仼何機(jī)械或化學(xué)方面的處理。因?yàn)樗旧淼拇植诙纫呀?jīng)足以保證干膜的附著力。對(duì)于 Loro銅箔,就是在反轉(zhuǎn)銅箔的處理面增加了一層薄薄的粘合劑,形成了一個(gè)粘合性增強(qiáng)的物理層。與反轉(zhuǎn)銅箈-樣,經(jīng)過(guò)粘合劑處理的面將與介電層相壓合,可以獲得更好的結(jié)合力。羅杰斯的R○4000系列材料就是采用 Loro銅箈的線(xiàn)路層壓板。

電阻銅箔

在電解銅箔的粗糙面涂覆金屬或合金,起到電阻層的作用。接下來(lái)就可以用鎳顆粒粗化電阻層。

反轉(zhuǎn)銅箔和 Lo Pro銅箔

反轉(zhuǎn)銅箔是將電解銅箈的光滑面進(jìn)行處理。其過(guò)程是在光湑表面迸行-層薄處理,將光湑表面變粗糙。目的是提髙銅箔與電介質(zhì)之間的結(jié)合力,并且增加銅箔的耐腐蝕性。在與介質(zhì)材料結(jié)合壓合成層壓板時(shí),經(jīng)過(guò)處理的銅箔表面將被層壓到電介質(zhì)材料上處理以后的銅面仍會(huì)比較光滑,而粗糙面仍舊非常粗糙。這是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電解銅的一個(gè)優(yōu)勢(shì),在電路加工壓干膜前之前,外層的粗糙面不需要再做其它仼何機(jī)械或化學(xué)方面的處理。因?yàn)樗旧淼拇植诙纫呀?jīng)足以保證干膜的附著力。

對(duì)于 Loro銅箔,就是在反轉(zhuǎn)銅箔的處理面增加了一層薄薄的粘合劑,形成了一個(gè)粘合性增強(qiáng)的物理層。與反轉(zhuǎn)銅箈-樣,經(jīng)過(guò)粘合劑處理的面將與介電層相壓合,可以獲得更好的結(jié)合力。羅杰斯的R○4000系列材料就是采用 Loro銅箈的線(xiàn)路層壓板。

晶體結(jié)構(gòu)電解銅的昰體顆粒在銅箔的Z軸上縱冋生長(zhǎng)。通常,電解銅箈的截面寳易看到具有尖樁柵欄的外觀(guān),并具有垂直于銅箈平面的長(zhǎng)昰體邊界。壓延銅的銅皛體結(jié)枃在由銅塊碾軋操作過(guò)程中被

破壞了。它們的昰體結(jié)枃比電解銅昰體小,具有不規(guī)則的球形形狀并且?guī)缀跗叫杏阢~箔表面

銅箔粗糙度測(cè)量

銅箔表面的粗糙度可以通過(guò)機(jī)械的或光學(xué)的方法來(lái)測(cè)量。許多文獻(xiàn)中都提到“Rz″(峰谷)值,這是因?yàn)樗ㄟ^(guò)機(jī)械方式的測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)量得到。然而,根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),通過(guò)非接觸式白光干涉測(cè)量法測(cè)量到的銅箔表面的Sq(RMS)粗糙度與實(shí)際的導(dǎo)體損耗更一致。圖1顯示了使用非接觸式白光干涉儀測(cè)量的羅杰斯PTFE和TMM層壓板上使用的0.5oz電解銅箔的表面特征。表1顯示了羅杰斯層壓材料上使用的銅箔類(lèi)型以及典型的粗糙度信息。最新的一項(xiàng)硏究(參考文獻(xiàn)7)表明,“上表面”粗糙度與介質(zhì)面具有完全不同的結(jié)構(gòu),它對(duì)傳輸線(xiàn)導(dǎo)體損耗幾乎沒(méi)有影響。

如表1所示,是使用光學(xué)測(cè)量?jī)x測(cè)得不同厚度的電解銅箔和壓延銅箔的粗糙度數(shù)據(jù)。表中還提到了羅杰斯公司的哪種層壓板使用了哪種的銅箔類(lèi)型。可以看到,壓延銅是最光滑的銅箔

層壓板的電性能

在波導(dǎo)中,導(dǎo)體的表面粗糙度對(duì)導(dǎo)體損耗有著顯著的影響,這一點(diǎn)在微波工程的早期就已經(jīng)被人們所熟知。1949年,S.P.Morgan(參考文獻(xiàn)1)發(fā)表的數(shù)值模擬結(jié)果表明導(dǎo)體表面粗糙度可導(dǎo)致導(dǎo)體損耗成倍增加。 Hammerstad和 Jensen(參考文獻(xiàn)2)將 Morgan的模型和數(shù)據(jù)與微帶設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來(lái)。Hαυ的模型成為計(jì)算表面粗糙度對(duì)導(dǎo)體損耗影響的“教科書(shū)″(參考文獻(xiàn)3)式的方法。隨著使用更髙頻率和更薄層壓板,硏究發(fā)現(xiàn)Hα模型明顯低估了表面粗糙度對(duì)導(dǎo)體損耗的影響(參考文獻(xiàn)5,6)Hal- Huray"模型(參考文獻(xiàn)4)是從“第一原則”分析發(fā)展而來(lái),最近已經(jīng)被商業(yè)仿真設(shè)計(jì)軟件采用。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),通過(guò)適當(dāng)調(diào)整輸入?yún)?shù),“Ha‖l- Huray”模型可以更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)不同層壓板厚度和頻率范圍內(nèi)的導(dǎo)體損耗。“Hal- Huray”模型已被納入羅杰斯公司的阻抗和損耗計(jì)算器軟件(MwM)中。我們目前正致力于開(kāi)發(fā)最好的“HalHuray”輸入?yún)?shù)來(lái)模擬羅杰斯的層壓板性能。請(qǐng)?jiān)诰€(xiàn)査看羅杰斯官網(wǎng)的攴持中心或聯(lián)系您所在地區(qū)的羅杰斯銷(xiāo)售工程師來(lái)獲取最新信息。羅杰斯對(duì)銅箔的硏究(參考文獻(xiàn)5,6,7)還表眀,銅箔粗糙度會(huì)影響傳播常數(shù),比較粗糙的銅箔表面會(huì)導(dǎo)致有效介電常數(shù)明顯增加。圖3顯示了在4mi液晶聚合物層壓板(LCP)上,分別使用Sq值在0.4um到28um的銅箔,其50歐姆傳輸線(xiàn)的介電常數(shù)情況?？梢钥吹骄哂凶畲蟠植诙茹~箔的電路的Dk增加近10‰%。在“ Hall-huray"模型中沒(méi)有考慮到銅箔粗糙程度對(duì)相位響應(yīng)的影響銅箔表面粗糙度對(duì)插入損耗的影響非常明顯(如圖2)。在90GHz下,由4mi厚的液晶聚合物(LCP)層壓板、壓延銅箔(藍(lán)線(xiàn))制成的50歐姆傳輸線(xiàn)的插入損耗汋2.2dB/iηch,該性能幾乎與完全光滑的銅箈導(dǎo)體的模型完全相同。在相同的基板上采用標(biāo)準(zhǔn)電解銅箔,其Sq值為2.oum,插入損耗增大為3.7dB/inch。圖4顯示了圖2中所示數(shù)據(jù)的導(dǎo)體的銅箔表面粗糙度的形態(tài)。

層壓板的機(jī)械性能A.抗熱沖擊性在某些快速熱循環(huán)的極端條件下,電解銅箔在較窄的導(dǎo)體中可能岀現(xiàn)熱應(yīng)力裂紋。但在同樣的條件下,壓延銅的抗裂性會(huì)有顯著的提高。雖然電解銅箈有更大的拉伸強(qiáng)度和延展性,但壓延銅箔在達(dá)到永久變形前具有更好的彈性延展性。B.銅箔結(jié)合力由于樹(shù)脂與金屬的粘合主要是靠杋械粘合,因此層壓板的銅箔結(jié)合力大小與處理過(guò)的銅箈表面粗糙度直接相關(guān)。C.帶狀線(xiàn)結(jié)構(gòu)的粘合(聚四氟乙烯基板)SEM照片顯示了不同銅箔類(lèi)型和銅箔蝕刻后的介質(zhì)表面之間的形貌和粗糙度的差異。如果電路板是粘接的,則對(duì)于電解銅箈而言,無(wú)需對(duì)電介質(zhì)表面進(jìn)行鈉或等離子處理,但前提是要注意保護(hù)好表面。然而,對(duì)于壓延銅電路板,由于其較小的銅箔表面粗糙度將導(dǎo)致比較差的機(jī)械結(jié)合力,因此表面處理對(duì)于可靠的粘接組裝是必要的。附錄兩種不同類(lèi)型銅箈的不同制造方法導(dǎo)致了電氣和機(jī)械性能的差異。表2中列出了其主要差異。