帶你了解PCB印刷電路板中的銅箔

應(yīng)用于PCB行業(yè)的銅箔比實際想象中的更為復(fù)雜。銅既是一種優(yōu)異的良導(dǎo)體，也是一種優(yōu)異的熱導(dǎo)體，因此使其成為絕大多數(shù)PCB應(yīng)用導(dǎo)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說十分重要。

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，在該過程中，將銅鍍在一個旋轉(zhuǎn)的鈦鼓上，同時隨著鈦鼓的旋轉(zhuǎn)，銅離子逐漸地沉積，形成銅箔。鈦鼓的旋轉(zhuǎn)速度直接影響著銅箔的厚度。銅箔制成后，無論是RA銅箔，還是ED銅箔，都需要經(jīng)過多個工藝處理。

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氧化。另一些銅箔處理方式旨在增強銅箔與某些樹脂體系的良好化學粘合性（例如PPE與PTFE）。由于樹脂體系的差異，材料對各種處理方式的反應(yīng)也不盡相同。因為每種樹脂體系都有不同的粘結(jié)特性，所以一些處理/樹脂組合會優(yōu)于其他處理/樹脂組合，從而實現(xiàn)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現(xiàn)合適粘結(jié)。也還有其他處理方式使其形成可靠的粘合面而確保長期高溫下的可靠性等。

針對剛性PCB應(yīng)用，ED 銅箔是最常用的，不過RA 銅箔也會被使用。通常來說，RA 銅箔比ED銅箔更加昂貴。除非RA 銅箔的某些特性對應(yīng)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(shù)字應(yīng)用。RA銅箔作為銅箔的一種特有制造過程的產(chǎn)品，它的另一個特征是面內(nèi)晶體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)非常有利于需要對電路進行彎折的應(yīng)用。與之對應(yīng)的，RA銅箔有一個技術(shù)弊端也與這種晶體結(jié)構(gòu)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問題。

ED銅箔在整個PCB行業(yè)中應(yīng)用廣泛。ED銅箔有多種不同的類型，通常按表面粗糙度和/或處理方式分類。IPC根據(jù)銅箔粗糙度，將ED銅箔分成不同類別，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(jié)果可能讓人迷惑。一般來說，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物理探針（即一個觸針）測量銅箔表面的峰谷。非接觸式測量一般通過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，接觸式輪廓測量儀的準確性較低，無法探知超窄粗糙度狹谷的深度。而且，觸針可能僅是“犁”過最高點，但無法實現(xiàn)準確測量。有經(jīng)驗的工程師都熟悉這些問題，往往可以進行一些微小調(diào)整來緩解準確性問題。但總的來說，對于細晶粒銅箔，非接觸性輪廓測量儀通常比接觸性輪廓測量儀更準確。

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值來描述，Rz表示一個樣本區(qū)域上多條直線上測量的峰-谷值。若Rz值作為一個面積區(qū)域（而非一條直線）進行測量，那么此時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(shù)字（HSD）設(shè)計工程師來講，通常需要銅箔的Rq或Sq參數(shù)值。Rq/Sq表示多個樣品測量的銅箔表面粗糙度的均方根值。通過經(jīng)典的電磁模型發(fā)現(xiàn)，Rq/Sq的參數(shù)能夠更好地反應(yīng)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際電路的性能。

銅箔表面粗糙度還有另一個特性描述是建模中所感興趣的：即表面積指數(shù)（SAI），又被稱為表面積比。其定義為掃描區(qū)域內(nèi)的粗糙度的表面面積與該區(qū)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(jié)果能在超寬帶寬上表現(xiàn)出與實際電路優(yōu)異的匹配和準確性。