อุตสาหกรรมวัสดุ PCB ได้ใช้เวลาอย่างมากในการพัฒนาวัสดุที่ให้การสูญเสียสัญญาณต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ สำหรับการออกแบบความเร็วสูงและความถี่สูง การสูญเสียสัญญาณจะจำกัดระยะการแพร่กระจายของสัญญาณและทำให้สัญญาณผิดเพี้ยน และจะทำให้เกิดความเบี่ยงเบนของอิมพีแดนซ์ซึ่งสามารถมองเห็นได้จากการวัดค่า TDR เมื่อเราออกแบบแผงวงจรพิมพ์และพัฒนาวงจรที่ทำงานที่ความถี่สูง คุณอาจรู้สึกอยากเลือกใช้ทองแดงที่เรียบที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในการออกแบบทั้งหมดของคุณ

แม้จะเป็นความจริงที่ว่าความหยาบของทองแดงทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของอิมพีแดนซ์และการสูญเสียเพิ่มเติม แต่แผ่นทองแดงของคุณจำเป็นต้องเรียบแค่ไหน? มีวิธีง่ายๆ อะไรบ้างที่คุณสามารถใช้เพื่อลดการสูญเสียโดยไม่ต้องเลือกทองแดงที่เรียบเป็นพิเศษสำหรับทุกการออกแบบ? เราจะมาดูจุดเหล่านี้ในบทความนี้ รวมถึงสิ่งที่คุณควรพิจารณาหากคุณเริ่มมองหาวัสดุสำหรับการวางซ้อนบน PCB

ประเภทของฟอยล์ทองแดง PCB

โดยปกติแล้ว เมื่อเราพูดถึงทองแดงบนวัสดุ PCB เราจะไม่พูดถึงชนิดของทองแดงโดยเฉพาะ เราจะพูดถึงเพียงความหยาบของทองแดงเท่านั้น วิธีการเคลือบทองแดงที่แตกต่างกันจะสร้างฟิล์มที่มีค่าความหยาบต่างกัน ซึ่งสามารถแยกแยะได้อย่างชัดเจนในภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) หากคุณกำลังจะทำงานที่ความถี่สูง (โดยปกติคือ Wi-Fi 5 GHz หรือสูงกว่า) หรือที่ความเร็วสูง ควรพิจารณาประเภทของทองแดงที่ระบุไว้ในเอกสารข้อมูลวัสดุของคุณ

นอกจากนี้ อย่าลืมทำความเข้าใจความหมายของค่า Dk ในเอกสารข้อมูลจำเพาะด้วย รับชมการสนทนาในพอดแคสต์นี้กับ John Coonrod จาก Rogers เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อมูลจำเพาะของ Dk ด้วยเหตุนี้ ลองมาดูแผ่นทองแดง PCB ประเภทต่างๆ กัน

การชุบด้วยไฟฟ้า

ในกระบวนการนี้ ดรัมจะถูกปั่นผ่านสารละลายอิเล็กโทรไลต์ และมีการใช้ปฏิกิริยาอิเล็กโทรดพอยต์เพื่อ “ทำให้แผ่นทองแดงหนาขึ้น” บนดรัม ขณะที่ดรัมหมุน ฟิล์มทองแดงที่ได้จะถูกพันรอบลูกกลิ้งอย่างช้าๆ จนได้แผ่นทองแดงที่ต่อเนื่องกัน ซึ่งสามารถนำไปรีดลงบนแผ่นลามิเนตได้ในภายหลัง ด้านดรัมของทองแดงจะมีความหยาบใกล้เคียงกับความหยาบของดรัม ในขณะที่ด้านที่สัมผัสกับทองแดงจะมีความหยาบกว่ามาก

แผ่นทองแดง PCB เคลือบด้วยไฟฟ้า

การผลิตทองแดงโดยการชุบด้วยไฟฟ้า
เพื่อนำไปใช้ในกระบวนการผลิต PCB มาตรฐาน ด้านที่ขรุขระของทองแดงจะถูกเชื่อมติดกับวัสดุไดอิเล็กทริกเรซินแก้วก่อน ทองแดงที่โผล่ออกมาส่วนที่เหลือ (ด้านดรัม) จะต้องถูกทำให้ขรุขระโดยเจตนาด้วยสารเคมี (เช่น การกัดด้วยพลาสมา) ก่อนที่จะนำไปใช้ในกระบวนการเคลือบทองแดงแบบมาตรฐาน วิธีนี้จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าทองแดงสามารถเชื่อมติดกับชั้นถัดไปในกอง PCB ได้

ทองแดงชุบผิวด้วยไฟฟ้า

ฉันไม่รู้ว่าคำที่ดีที่สุดที่ครอบคลุมพื้นผิวที่ผ่านการบำบัดทุกประเภทคืออะไรแผ่นทองแดงดังเช่นหัวข้อข้างต้น วัสดุทองแดงเหล่านี้เป็นที่รู้จักกันดีในชื่อแผ่นฟอยล์ที่ผ่านการบำบัดแบบย้อนกลับ แม้ว่าจะมีรูปแบบอื่นอีกสองแบบให้เลือก (ดูด้านล่าง)

ฟอยล์ที่ผ่านการบำบัดแบบย้อนกลับ (Reverse Treated Foils) ใช้การเคลือบผิวที่ด้านเรียบ (ด้านดรัม) ของแผ่นทองแดงที่ผ่านการเคลือบด้วยไฟฟ้า ชั้นเคลือบผิวเป็นเพียงการเคลือบบางๆ ที่จงใจทำให้ทองแดงมีความขรุขระ เพื่อให้ทองแดงมีการยึดเกาะกับวัสดุไดอิเล็กทริกได้ดีขึ้น นอกจากนี้ การเคลือบผิวนี้ยังทำหน้าที่เป็นตัวกั้นออกซิเดชันที่ป้องกันการกัดกร่อน เมื่อนำทองแดงนี้มาใช้สร้างแผ่นลามิเนต ด้านที่ผ่านการบำบัดจะถูกเชื่อมติดกับวัสดุไดอิเล็กทริก และด้านที่ขรุขระที่เหลืออยู่จะยังคงถูกเปิดเผยออกมา ด้านที่ถูกเปิดเผยออกมาไม่จำเป็นต้องทำการเคลือบผิวเพิ่มเติมก่อนการกัดกรด เพราะจะมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะยึดติดกับชั้นถัดไปในแผ่น PCB

แผ่นทองแดงที่ผ่านการบำบัดแบบย้อนกลับมี 3 รูปแบบ ได้แก่:

ฟอยล์ทองแดงแบบยืดตัวที่อุณหภูมิสูง (HTE): เป็นฟอยล์ทองแดงที่ผ่านการชุบด้วยไฟฟ้า ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนด IPC-4562 เกรด 3 พื้นผิวที่สัมผัสถูกเคลือบด้วยสารป้องกันการเกิดออกซิเดชันเพื่อป้องกันการกัดกร่อนระหว่างการเก็บรักษา
ฟอยล์เคลือบสองชั้น: ในฟอยล์ทองแดงชนิดนี้ จะมีการเคลือบผิวทั้งสองด้านของฟิล์ม วัสดุนี้บางครั้งเรียกว่าฟอยล์เคลือบด้านดรัม
ทองแดงต้านทาน: โดยปกติแล้วจะไม่จัดเป็นทองแดงที่ผ่านการชุบผิว ฟอยล์ทองแดงชนิดนี้ใช้การเคลือบโลหะทับบนด้านด้านของทองแดง จากนั้นจึงทำการขัดให้หยาบตามระดับที่ต้องการ
การประยุกต์ใช้การเคลือบผิวในวัสดุทองแดงเหล่านี้เป็นเรื่องง่ายมาก โดยแผ่นฟอยล์จะถูกกลิ้งผ่านอ่างอิเล็กโทรไลต์เพิ่มเติมที่ชุบทองแดงรอง ตามด้วยชั้นเมล็ดป้องกัน และสุดท้ายคือชั้นฟิล์มป้องกันการหมอง

แผ่นทองแดง PCB

กระบวนการปรับสภาพพื้นผิวสำหรับแผ่นทองแดง [ที่มา: Pytel, Steven G. และคณะ "การวิเคราะห์การปรับสภาพทองแดงและผลกระทบต่อการแพร่กระจายสัญญาณ" ในการประชุมอิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยี ครั้งที่ 58 ปี 2008 หน้า 1144-1149 IEEE, 2008]
ด้วยกระบวนการเหล่านี้ คุณจะมีวัสดุที่สามารถนำไปใช้ในกระบวนการผลิตบอร์ดมาตรฐานได้อย่างง่ายดาย โดยมีการประมวลผลเพิ่มเติมเพียงเล็กน้อย

ทองแดงรีด-อบอ่อน

แผ่นทองแดงที่ผ่านการอบอ่อนแบบรีดแล้วจะส่งแผ่นทองแดงผ่านลูกกลิ้งคู่หนึ่ง ซึ่งจะรีดแผ่นทองแดงให้เย็นตามความหนาที่ต้องการ ความหยาบของแผ่นทองแดงที่ได้จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์การรีด (ความเร็ว แรงกด ฯลฯ)

แผ่นที่ได้จะมีความเรียบเนียนมาก และมองเห็นรอยเส้นบนพื้นผิวของแผ่นทองแดงที่ผ่านการอบอ่อนแบบรีด ภาพด้านล่างแสดงการเปรียบเทียบระหว่างแผ่นทองแดงที่ผ่านการชุบด้วยไฟฟ้าและแผ่นทองแดงที่ผ่านการอบอ่อนแบบรีด

การเปรียบเทียบแผ่นทองแดง PCB

การเปรียบเทียบระหว่างฟอยล์ที่เคลือบด้วยไฟฟ้ากับฟอยล์ที่เคลือบด้วยความร้อนแบบรีด
ทองแดงโปรไฟล์ต่ำ
ฟอยล์ทองแดงชนิดนี้ไม่จำเป็นต้องผลิตด้วยกระบวนการอื่น ทองแดงโปรไฟล์ต่ำ (Low-profile copper) คือทองแดงที่ผ่านการชุบด้วยไฟฟ้า ซึ่งผ่านกระบวนการปรับสภาพและปรับแต่งด้วยกระบวนการทำให้หยาบระดับไมโคร (micro-roughening) เพื่อให้มีความหยาบเฉลี่ยต่ำมาก และมีความหยาบเพียงพอต่อการยึดติดกับพื้นผิว กระบวนการผลิตฟอยล์ทองแดงเหล่านี้โดยทั่วไปจะเป็นกรรมสิทธิ์ของบริษัท ฟอยล์เหล่านี้มักถูกจัดประเภทเป็นฟอยล์โปรไฟล์ต่ำพิเศษ (ULP), ฟอยล์โปรไฟล์ต่ำมาก (VLP) และฟอยล์โปรไฟล์ต่ำ (LP, ความหยาบเฉลี่ยประมาณ 1 ไมครอน)

บทความที่เกี่ยวข้อง：

เหตุใดจึงใช้แผ่นทองแดงในการผลิต PCB?

แผ่นทองแดงที่ใช้ในแผงวงจรพิมพ์