อุตสาหกรรมวัสดุ PCB ใช้เวลาอย่างมากในการพัฒนาวัสดุที่ให้การสูญเสียสัญญาณน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ สำหรับการออกแบบความเร็วสูงและความถี่สูง การสูญเสียจะจำกัดระยะการแพร่กระจายสัญญาณและทำให้สัญญาณผิดเพี้ยน และจะทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของอิมพีแดนซ์ซึ่งสามารถเห็นได้ในการวัด TDR เมื่อเราออกแบบแผงวงจรพิมพ์และพัฒนาวงจรที่ทำงานในความถี่ที่สูงขึ้น คุณอาจเกิดความคิดที่จะเลือกใช้ทองแดงที่เรียบที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในการออกแบบทั้งหมดที่คุณสร้างขึ้น

แม้ว่าจะเป็นเรื่องจริงที่ความหยาบของทองแดงทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของค่าอิมพีแดนซ์เพิ่มเติมและการสูญเสีย แต่แผ่นทองแดงของคุณจำเป็นต้องเรียบแค่ไหนกันแน่ มีวิธีง่ายๆ บางอย่างที่คุณสามารถใช้เพื่อเอาชนะการสูญเสียโดยไม่ต้องเลือกทองแดงที่เรียบเป็นพิเศษสำหรับทุกการออกแบบหรือไม่ เราจะมาดูจุดเหล่านี้ในบทความนี้ รวมถึงสิ่งที่คุณสามารถมองหาได้หากคุณเริ่มซื้อวัสดุสำหรับการวางซ้อน PCB

ประเภทของแผ่นทองแดง PCB

โดยปกติแล้ว เมื่อเราพูดถึงทองแดงบนวัสดุ PCB เราจะไม่พูดถึงประเภทเฉพาะของทองแดง เราจะพูดถึงเฉพาะความหยาบของทองแดงเท่านั้น วิธีการเคลือบทองแดงที่แตกต่างกันจะผลิตฟิล์มที่มีค่าความหยาบต่างกัน ซึ่งสามารถแยกแยะได้อย่างชัดเจนในภาพของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) หากคุณจะทำงานที่ความถี่สูง (ปกติคือ WiFi 5 GHz หรือสูงกว่า) หรือที่ความเร็วสูง ให้ใส่ใจกับประเภทของทองแดงที่ระบุไว้ในแผ่นข้อมูลวัสดุของคุณ

นอกจากนี้ อย่าลืมทำความเข้าใจความหมายของค่า Dk ในแผ่นข้อมูลด้วย ชมการสนทนาแบบพอตแคสต์นี้กับ John Coonrod จาก Rogers เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อมูลจำเพาะของ Dk โดยคำนึงถึงเรื่องนี้ มาดูแผ่นทองแดง PCB ประเภทต่างๆ กัน

การชุบด้วยไฟฟ้า

ในกระบวนการนี้ ถังจะถูกปั่นผ่านสารละลายอิเล็กโทรไลต์ และมีการใช้ปฏิกิริยาอิเล็กโทรพอดิชั่นเพื่อ "ทำให้แผ่นทองแดงเติบโต" บนถัง เมื่อถังหมุน แผ่นทองแดงที่ได้จะค่อยๆ ห่อหุ้มบนลูกกลิ้ง ทำให้ได้แผ่นทองแดงต่อเนื่องที่สามารถกลิ้งลงบนลามิเนตได้ในภายหลัง ด้านถังของทองแดงจะมีความหยาบเท่ากับด้านถัง ในขณะที่ด้านที่เปิดออกจะหยาบกว่ามาก

แผ่นทองแดง PCB ชุบด้วยไฟฟ้า

การผลิตทองแดงที่ผ่านการชุบด้วยไฟฟ้า
เพื่อที่จะนำไปใช้ในกระบวนการผลิต PCB แบบมาตรฐาน ด้านที่ขรุขระของทองแดงจะต้องถูกเชื่อมติดกับสารไดอิเล็กตริกเรซินแก้วก่อน ทองแดงที่เหลือที่โผล่ออกมา (ด้านกลอง) จะต้องถูกทำให้ขรุขระโดยตั้งใจด้วยสารเคมี (เช่น การกัดด้วยพลาสม่า) ก่อนที่จะนำไปใช้ในกระบวนการเคลือบทองแดงแบบมาตรฐาน วิธีนี้จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าทองแดงสามารถเชื่อมติดกับชั้นถัดไปในกอง PCB ได้

ทองแดงชุบอิเล็กโทรดที่ผ่านการบำบัดพื้นผิว

ฉันไม่รู้ว่าคำศัพท์ที่ดีที่สุดที่ครอบคลุมถึงพื้นผิวที่ผ่านการบำบัดประเภทต่างๆ ทั้งหมดคืออะไรแผ่นทองแดงดังหัวข้อข้างต้น วัสดุทองแดงเหล่านี้รู้จักกันดีในชื่อแผ่นฟอยล์ที่ผ่านการบำบัดย้อนกลับ แม้ว่าจะมีรูปแบบอื่นอีกสองแบบให้เลือก (ดูด้านล่าง)

แผ่นฟอยล์ที่ผ่านการบำบัดแบบย้อนกลับใช้การเคลือบผิวที่นำไปใช้กับด้านเรียบ (ด้านกลอง) ของแผ่นทองแดงที่ผ่านการชุบด้วยไฟฟ้า ชั้นการเคลือบผิวเป็นเพียงการเคลือบบางๆ ที่ทำให้ทองแดงขรุขระโดยตั้งใจ เพื่อให้ทองแดงสามารถยึดเกาะกับวัสดุไดอิเล็กตริกได้ดีขึ้น การเคลือบผิวเหล่านี้ยังทำหน้าที่เป็นตัวกั้นออกซิเดชันที่ป้องกันการกัดกร่อน เมื่อใช้ทองแดงนี้ในการสร้างแผ่นลามิเนต ด้านที่ผ่านการบำบัดจะเชื่อมติดกับไดอิเล็กตริก และด้านที่ขรุขระที่เหลือจะยังคงเปิดอยู่ ด้านที่เปิดเผยจะไม่จำเป็นต้องทำให้ขรุขระเพิ่มเติมก่อนการกัด เนื่องจากจะมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะเชื่อมกับชั้นถัดไปในกอง PCB

แผ่นทองแดงที่ผ่านการบำบัดแบบย้อนกลับมี 3 รูปแบบ ได้แก่:

ฟอยล์ทองแดงยืดได้อุณหภูมิสูง (HTE): เป็นฟอยล์ทองแดงที่ผ่านการชุบด้วยไฟฟ้าซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนด IPC-4562 เกรด 3 นอกจากนี้ พื้นผิวที่เปิดออกยังได้รับการเคลือบด้วยสารป้องกันการเกิดออกซิเดชันเพื่อป้องกันการกัดกร่อนระหว่างการจัดเก็บ
ฟอยล์เคลือบสองชั้น: ในฟอยล์ทองแดงชนิดนี้ จะมีการเคลือบผิวทั้งสองด้านของฟิล์ม วัสดุนี้บางครั้งเรียกว่าฟอยล์เคลือบด้านกลอง
ทองแดงต้านทาน: โดยปกติแล้วจะไม่จัดอยู่ในประเภททองแดงที่ผ่านการเคลือบพื้นผิว แผ่นทองแดงชนิดนี้ใช้การเคลือบโลหะทับบนด้านด้านของทองแดง จากนั้นจึงทำการทำให้หยาบตามระดับที่ต้องการ
การประยุกต์ใช้การเคลือบผิวของวัสดุทองแดงเหล่านี้ทำได้โดยตรง โดยแผ่นฟอยล์จะถูกรีดผ่านอ่างอิเล็กโทรไลต์เพิ่มเติมซึ่งจะเคลือบทองแดงเป็นชั้นที่สอง ตามด้วยชั้นเมล็ดกั้น และสุดท้ายคือชั้นฟิล์มป้องกันการหมอง

แผ่นทองแดง PCB

กระบวนการปรับสภาพพื้นผิวสำหรับแผ่นทองแดง [ที่มา: Pytel, Steven G. และคณะ "การวิเคราะห์การปรับสภาพทองแดงและผลกระทบต่อการแพร่กระจายสัญญาณ" ในการประชุม Electronic Components and Technology ครั้งที่ 58 ปี 2008 หน้า 1144-1149 IEEE, 2008]
ด้วยกระบวนการเหล่านี้ คุณจะมีวัสดุที่สามารถนำไปใช้ในกระบวนการผลิตบอร์ดมาตรฐานได้อย่างง่ายดายโดยมีการประมวลผลเพิ่มเติมเพียงเล็กน้อย

ทองแดงรีด-อบอ่อน

แผ่นทองแดงที่ผ่านการอบอ่อนจะผ่านม้วนแผ่นทองแดงผ่านลูกกลิ้งคู่หนึ่ง ซึ่งจะรีดแผ่นทองแดงให้หนาตามต้องการ ความหยาบของแผ่นทองแดงที่ได้จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์การรีด (ความเร็ว แรงกด ฯลฯ)

แผ่นที่ได้จะมีความเรียบเนียนมาก และสามารถมองเห็นริ้วลายบนพื้นผิวของแผ่นทองแดงที่ผ่านการอบด้วยไฟฟ้า ภาพด้านล่างแสดงการเปรียบเทียบระหว่างแผ่นทองแดงที่ผ่านการชุบด้วยไฟฟ้ากับแผ่นทองแดงที่ผ่านการอบด้วยไฟฟ้า

การเปรียบเทียบแผ่นทองแดง PCB

การเปรียบเทียบระหว่างฟอยล์ที่เคลือบด้วยไฟฟ้ากับฟอยล์ที่เคลือบด้วยรีดและอบอ่อน
ทองแดงโปรไฟล์ต่ำ
ไม่จำเป็นต้องเป็นแผ่นทองแดงชนิดที่คุณจะใช้วิธีการอื่นในการผลิต ทองแดงโปรไฟล์ต่ำคือทองแดงที่ผ่านการชุบด้วยไฟฟ้าซึ่งผ่านกระบวนการปรับสภาพและดัดแปลงด้วยกระบวนการทำให้หยาบในระดับไมโครเพื่อให้มีความหยาบเฉลี่ยต่ำมากพร้อมความหยาบที่เพียงพอสำหรับการยึดติดกับพื้นผิว กระบวนการสำหรับการผลิตแผ่นทองแดงเหล่านี้โดยปกติจะเป็นกรรมสิทธิ์ของตนเอง แผ่นทองแดงเหล่านี้มักจัดอยู่ในประเภทโปรไฟล์ต่ำพิเศษ (ULP) โปรไฟล์ต่ำมาก (VLP) และโปรไฟล์ต่ำ (LP ซึ่งมีความหยาบเฉลี่ยประมาณ 1 ไมครอน)

บทความที่เกี่ยวข้อง：

เหตุใดจึงใช้แผ่นทองแดงในการผลิต PCB?

แผ่นทองแดงที่ใช้ในแผงวงจรพิมพ์