L'industrie des matériaux pour circuits imprimés a consacré d'importants efforts au développement de matériaux minimisant les pertes de signal. Pour les circuits à haute vitesse et haute fréquence, ces pertes limitent la distance de propagation du signal, le déforment et induisent une variation d'impédance détectable par réflectométrie temporelle (TDR). Lors de la conception de circuits imprimés et du développement de circuits fonctionnant à haute fréquence, la tentation peut être grande d'opter pour le cuivre le plus lisse possible.

S'il est vrai que la rugosité du cuivre engendre des variations d'impédance et des pertes supplémentaires, quel degré de lissage est réellement nécessaire pour votre feuille de cuivre ? Existe-t-il des méthodes simples pour limiter les pertes sans avoir à opter pour un cuivre ultra-lisse pour chaque circuit imprimé ? Nous aborderons ces points dans cet article, ainsi que les critères à prendre en compte lors de l'achat de matériaux pour la fabrication de circuits imprimés.

Types deFeuille de cuivre pour circuit imprimé

Lorsqu'on parle de cuivre sur les matériaux de circuits imprimés, on ne précise généralement pas le type de cuivre, mais seulement sa rugosité. Différentes méthodes de dépôt de cuivre produisent des films de rugosités différentes, clairement visibles au microscope électronique à balayage (MEB). Pour les applications à haute fréquence (généralement 5 GHz Wi-Fi ou plus) ou à haut débit, il est essentiel de tenir compte du type de cuivre spécifié dans la fiche technique du matériau.

Assurez-vous également de bien comprendre la signification des valeurs Dk dans une fiche technique. Écoutez ce podcast avec John Coonrod de Rogers pour en savoir plus sur les spécifications Dk. Ceci étant dit, examinons différents types de feuilles de cuivre pour circuits imprimés.

électrodéposé

Dans ce procédé, un tambour est plongé en rotation dans une solution électrolytique, et une réaction d'électrodéposition permet de déposer une feuille de cuivre sur le tambour. Pendant la rotation, le film de cuivre ainsi formé s'enroule lentement sur un rouleau, donnant une feuille de cuivre continue qui peut ensuite être laminée. La face du cuivre en contact avec le tambour présente une rugosité similaire à celle de ce dernier, tandis que la face exposée est beaucoup plus rugueuse.

Feuille de cuivre électrodéposée pour circuit imprimé

Production de cuivre par électrodéposition.
Pour être utilisée dans un processus de fabrication de circuits imprimés standard, la face rugueuse du cuivre est d'abord collée à un diélectrique en résine de verre. La face exposée du cuivre restante (côté tambour) doit être volontairement rendue rugueuse chimiquement (par exemple, par gravure plasma) avant d'être utilisée dans le processus standard de lamination cuivrée. Ceci permettra son collage à la couche suivante de l'empilement de composants du circuit imprimé.

Cuivre électrodéposé traité en surface

Je ne connais pas le terme le plus approprié pour désigner tous les différents types de traitements de surface.feuilles de cuivreD’où l’intitulé ci-dessus. Ces matériaux en cuivre sont surtout connus sous forme de feuilles traitées par retournement, bien que deux autres variantes soient disponibles (voir ci-dessous).

Les feuilles de cuivre traitées par voie inverse bénéficient d'un traitement de surface appliqué sur la face lisse (côté tambour) d'une feuille de cuivre électrodéposée. Cette couche de traitement est un revêtement mince qui rend le cuivre volontairement rugueux, améliorant ainsi son adhérence au diélectrique. Ce traitement constitue également une barrière anti-oxydation, prévenant la corrosion. Lors de la fabrication de panneaux stratifiés, la face traitée est collée au diélectrique, tandis que la face rugueuse reste exposée. Cette dernière ne nécessite aucun traitement de surface supplémentaire avant la gravure ; sa résistance mécanique est suffisante pour assurer la liaison avec la couche suivante du circuit imprimé.

Il existe trois variantes de feuilles de cuivre traitées en miroir :

Feuille de cuivre à allongement à haute température (HTE) : Il s’agit d’une feuille de cuivre électrodéposée conforme à la norme IPC-4562, grade 3. La face exposée est également traitée avec une barrière anti-oxydation afin de prévenir la corrosion pendant le stockage.
Feuille à double traitement : Dans cette feuille de cuivre, le traitement est appliqué sur les deux faces. Ce matériau est parfois appelé feuille traitée côté tambour.
Cuivre résistif : ce type de cuivre n’est généralement pas considéré comme un cuivre traité en surface. Cette feuille de cuivre utilise un revêtement métallique sur sa face mate, qui est ensuite rendue rugueuse au niveau souhaité.
L'application du traitement de surface sur ces matériaux en cuivre est simple : la feuille est passée dans des bains d'électrolyte supplémentaires qui appliquent un placage de cuivre secondaire, suivi d'une couche d'amorçage barrière, et enfin d'une couche de film anti-ternissement.

feuille de cuivre pour circuit imprimé

Procédés de traitement de surface des feuilles de cuivre. [Source : Pytel, Steven G., et al. « Analyse des traitements du cuivre et de leurs effets sur la propagation du signal. » Dans : 58e Conférence sur les composants et technologies électroniques, pp. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Grâce à ces procédés, vous obtenez un matériau qui peut être facilement utilisé dans le processus standard de fabrication de cartes électroniques, avec un minimum de traitement supplémentaire.

Cuivre laminé recuit

Le procédé de laminage à froid consiste à faire passer une feuille de cuivre entre deux rouleaux afin d'obtenir l'épaisseur souhaitée. La rugosité de la feuille ainsi obtenue dépend des paramètres de laminage (vitesse, pression, etc.).

La feuille obtenue peut être très lisse, tandis que des stries sont visibles à la surface de la feuille de cuivre laminée et recuite. Les images ci-dessous comparent une feuille de cuivre électrodéposée et une feuille laminée et recuite.

Comparaison des feuilles de cuivre pour circuits imprimés

Comparaison des feuilles électrodéposées et des feuilles laminées recuites.
Cuivre discret
Il ne s'agit pas nécessairement d'un type de feuille de cuivre que l'on fabriquerait par un autre procédé. Le cuivre à profil bas est un cuivre électrodéposé qui est traité et modifié par un procédé de micro-rugosité afin d'obtenir une rugosité moyenne très faible, suffisante pour assurer l'adhérence au substrat. Les procédés de fabrication de ces feuilles de cuivre sont généralement confidentiels. Ces feuilles sont souvent classées en trois catégories : ultra-faible profil (ULP), très faible profil (VLP) et simplement faible profil (LP, rugosité moyenne d'environ 1 micron).

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