L'industrie des matériaux PCB a consacré beaucoup de temps à développer des matériaux offrant la perte de signal la plus faible possible. Pour les conceptions à haute vitesse et haute fréquence, les pertes limiteront la distance de propagation du signal et déformeront les signaux, et créeront un écart d'impédance visible dans les mesures TDR. Alors que nous concevons des circuits imprimés et développons des circuits fonctionnant à des fréquences plus élevées, il peut être tentant d'opter pour le cuivre le plus lisse possible dans toutes les conceptions que vous créez.

S'il est vrai que la rugosité du cuivre crée des déviations d'impédance et des pertes supplémentaires, dans quelle mesure votre feuille de cuivre doit-elle réellement être lisse ? Existe-t-il des méthodes simples que vous pouvez utiliser pour surmonter les pertes sans choisir du cuivre ultra-lisse pour chaque conception ? Nous examinerons ces points dans cet article, ainsi que ce que vous pouvez rechercher si vous commencez à acheter des matériaux d'empilage de PCB.

Types deFeuille de cuivre PCB

Normalement, lorsque nous parlons de cuivre sur des matériaux PCB, nous ne parlons pas du type spécifique de cuivre, nous parlons uniquement de sa rugosité. Différentes méthodes de dépôt de cuivre produisent des films avec différentes valeurs de rugosité, qui peuvent être clairement distinguées sur une image au microscope électronique à balayage (MEB). Si vous comptez fonctionner à des fréquences élevées (normalement Wi-Fi 5 GHz ou plus) ou à des vitesses élevées, faites attention au type de cuivre spécifié dans la fiche technique de votre matériau.

Assurez-vous également de comprendre la signification des valeurs Dk dans une fiche technique. Regardez cette discussion en podcast avec John Coonrod de Rogers pour en savoir plus sur les spécifications Dk. Dans cet esprit, examinons certains des différents types de feuilles de cuivre pour PCB.

Électrodéposé

Dans ce processus, un tambour est filé à travers une solution électrolytique et une réaction d'électrodéposition est utilisée pour « faire pousser » la feuille de cuivre sur le tambour. Au fur et à mesure que le tambour tourne, le film de cuivre résultant est lentement enroulé sur un rouleau, donnant une feuille de cuivre continue qui peut ensuite être roulée sur un stratifié. Le côté tambour du cuivre correspondra essentiellement à la rugosité du tambour, tandis que le côté exposé sera beaucoup plus rugueux.

Feuille de cuivre PCB électrodéposée

Production de cuivre électrodéposé.
Afin d'être utilisé dans un processus de fabrication de PCB standard, le côté rugueux du cuivre sera d'abord lié à un diélectrique verre-résine. Le cuivre exposé restant (côté tambour) devra être intentionnellement rendu rugueux chimiquement (par exemple, par gravure au plasma) avant de pouvoir être utilisé dans le processus standard de stratification de revêtement en cuivre. Cela garantira qu'il peut être lié à la couche suivante de l'empilement de PCB.

Cuivre électrodéposé traité en surface

Je ne connais pas le meilleur terme pour englober tous les différents types de surfaces traitéesfeuilles de cuivre, d'où le titre ci-dessus. Ces matériaux en cuivre sont mieux connus sous le nom de feuilles traitées inversées, bien que deux autres variantes soient disponibles (voir ci-dessous).

Les feuilles traitées inversées utilisent un traitement de surface appliqué sur le côté lisse (côté tambour) d'une feuille de cuivre électrodéposée. Une couche de traitement n'est qu'un mince revêtement qui rend intentionnellement le cuivre rugueux, de sorte qu'il aura une plus grande adhérence à un matériau diélectrique. Ces traitements agissent également comme une barrière contre l’oxydation qui prévient la corrosion. Lorsque ce cuivre est utilisé pour créer des panneaux stratifiés, le côté traité est lié au diélectrique et le côté rugueux restant reste exposé. La face exposée ne nécessitera aucune rugosité supplémentaire avant la gravure ; il aura déjà suffisamment de force pour se lier à la couche suivante de l'empilement de PCB.

Trois variantes de la feuille de cuivre traitée à l'envers comprennent :

Feuille de cuivre d'allongement à haute température (HTE) : Il s'agit d'une feuille de cuivre électrodéposée conforme aux spécifications IPC-4562 Grade 3. La face exposée est également traitée avec une barrière contre l'oxydation pour éviter la corrosion pendant le stockage.
Feuille double traitement : Dans cette feuille de cuivre, le traitement est appliqué sur les deux faces du film. Ce matériau est parfois appelé feuille traitée côté tambour.
Cuivre résistif : Il n'est normalement pas classé comme cuivre traité en surface. Cette feuille de cuivre utilise un revêtement métallique sur le côté mat du cuivre, qui est ensuite rendu rugueux au niveau souhaité.
L'application du traitement de surface dans ces matériaux en cuivre est simple : la feuille est roulée dans des bains d'électrolyte supplémentaires qui appliquent un cuivrage secondaire, suivi d'une couche d'ensemencement barrière et enfin d'une couche de film anti-ternissement.

Feuille de cuivre pour PCB

Procédés de traitement de surface des feuilles de cuivre. [Source : Pytel, Steven G. et coll. "Analyse des traitements du cuivre et des effets sur la propagation du signal." En 2008, 58e Conférence sur les composants électroniques et la technologie, pp. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Avec ces processus, vous disposez d’un matériau qui peut être facilement utilisé dans le processus de fabrication de cartes standard avec un minimum de traitement supplémentaire.

Cuivre recuit laminé

Les feuilles de cuivre recuites laminées feront passer un rouleau de feuille de cuivre à travers une paire de rouleaux, qui lamineront à froid la feuille de cuivre jusqu'à l'épaisseur souhaitée. La rugosité de la feuille d'aluminium obtenue varie en fonction des paramètres de laminage (vitesse, pression, etc.).

La feuille résultante peut être très lisse et des stries sont visibles sur la surface de la feuille de cuivre recuite laminée. Les images ci-dessous montrent une comparaison entre une feuille de cuivre électrodéposée et une feuille recuite laminée.

Comparaison des feuilles de cuivre PCB

Comparaison des feuilles électrodéposées et des feuilles recuites laminées.
Cuivre à profil bas
Il ne s’agit pas nécessairement d’un type de feuille de cuivre que vous fabriqueriez avec un procédé alternatif. Le cuivre à profil bas est du cuivre électrodéposé qui est traité et modifié avec un processus de micro-rugosité pour fournir une très faible rugosité moyenne avec une rugosité suffisante pour l'adhésion au substrat. Les procédés de fabrication de ces feuilles de cuivre sont normalement exclusifs. Ces feuilles sont souvent classées en profils ultra bas (ULP), très bas profil (VLP) et simplement bas profil (LP, rugosité moyenne d'environ 1 micron).

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