Ngành công nghiệp vật liệu PCB đã dành rất nhiều thời gian để phát triển các vật liệu có khả năng giảm thiểu tối đa tổn hao tín hiệu. Đối với các thiết kế tốc độ cao và tần số cao, tổn hao sẽ hạn chế khoảng cách truyền tín hiệu và làm biến dạng tín hiệu, đồng thời tạo ra sự sai lệch trở kháng có thể nhận thấy trong các phép đo TDR. Khi thiết kế bất kỳ mạch in nào và phát triển các mạch hoạt động ở tần số cao hơn, việc lựa chọn loại đồng mịn nhất có thể trong tất cả các thiết kế có vẻ hấp dẫn.

Mặc dù đúng là độ nhám của đồng tạo ra sự sai lệch trở kháng và tổn hao bổ sung, nhưng lớp đồng của bạn thực sự cần phải mịn đến mức nào? Có những phương pháp đơn giản nào bạn có thể sử dụng để khắc phục tổn hao mà không cần phải chọn loại đồng siêu mịn cho mọi thiết kế? Chúng ta sẽ xem xét những điểm này trong bài viết này, cũng như những điều bạn cần lưu ý khi bắt đầu tìm mua vật liệu cấu tạo mạch in PCB.

Các loạiLá đồng PCB

Thông thường khi nói về đồng trên vật liệu PCB, chúng ta không đề cập đến loại đồng cụ thể mà chỉ nói về độ nhám của nó. Các phương pháp lắng đọng đồng khác nhau tạo ra các lớp màng có giá trị độ nhám khác nhau, có thể dễ dàng nhận thấy trong ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Nếu bạn dự định hoạt động ở tần số cao (thường là WiFi 5 GHz trở lên) hoặc ở tốc độ cao, hãy chú ý đến loại đồng được chỉ định trong bảng dữ liệu vật liệu của bạn.

Ngoài ra, hãy đảm bảo hiểu ý nghĩa của các giá trị Dk trong bảng dữ liệu. Hãy xem cuộc thảo luận trên podcast với John Coonrod từ Rogers để tìm hiểu thêm về thông số kỹ thuật Dk. Với những điều đã biết, chúng ta hãy cùng xem xét một số loại lá đồng PCB khác nhau.

Mạ điện

Trong quy trình này, một trống được quay trong dung dịch điện phân, và phản ứng điện phân được sử dụng để "tạo" lớp đồng trên trống. Khi trống quay, lớp màng đồng thu được sẽ từ từ được cuộn lên một con lăn, tạo thành một tấm đồng liên tục có thể được cán lên tấm vật liệu nhiều lớp sau này. Mặt tiếp xúc với trống của tấm đồng về cơ bản sẽ có độ nhám tương đương với độ nhám của trống, trong khi mặt tiếp xúc với không khí sẽ nhám hơn nhiều.

Lá đồng PCB mạ điện

Sản xuất đồng bằng phương pháp mạ điện.
Để sử dụng trong quy trình chế tạo PCB tiêu chuẩn, mặt nhám của đồng trước tiên sẽ được liên kết với chất điện môi nhựa thủy tinh. Phần đồng còn lại (mặt trống) cần được làm nhám bằng hóa chất (ví dụ: bằng phương pháp khắc plasma) trước khi có thể sử dụng trong quy trình cán màng đồng tiêu chuẩn. Điều này sẽ đảm bảo nó có thể được liên kết với lớp tiếp theo trong cấu trúc PCB.

Đồng mạ điện được xử lý bề mặt

Tôi không biết thuật ngữ nào là phù hợp nhất để bao quát tất cả các loại xử lý bề mặt khác nhau.lá đồngDo đó, tiêu đề trên là như vậy. Các vật liệu đồng này được biết đến nhiều nhất dưới dạng lá đồng được xử lý ngược, mặc dù có hai biến thể khác (xem bên dưới).

Các tấm đồng được xử lý ngược sử dụng phương pháp xử lý bề mặt được áp dụng lên mặt nhẵn (mặt trống) của tấm đồng mạ điện. Lớp xử lý chỉ là một lớp phủ mỏng được tạo ra để làm nhám bề mặt đồng, giúp tăng độ bám dính với vật liệu điện môi. Các phương pháp xử lý này cũng hoạt động như một lớp chắn oxy hóa ngăn ngừa ăn mòn. Khi đồng này được sử dụng để tạo ra các tấm nhiều lớp, mặt được xử lý sẽ được liên kết với chất điện môi, và mặt nhám còn lại sẽ được để lộ ra. Mặt lộ ra này sẽ không cần làm nhám thêm trước khi khắc; nó đã đủ độ bền để liên kết với lớp tiếp theo trong cấu trúc PCB.

Ba biến thể của lá đồng được xử lý ngược bao gồm:

Lá đồng giãn nở ở nhiệt độ cao (HTE): Đây là lá đồng mạ điện đáp ứng các thông số kỹ thuật IPC-4562 Cấp 3. Mặt tiếp xúc với không khí cũng được xử lý bằng một lớp màng chống oxy hóa để ngăn ngừa ăn mòn trong quá trình bảo quản.
Lá đồng xử lý hai mặt: Trên loại lá đồng này, quá trình xử lý được áp dụng cho cả hai mặt của màng. Vật liệu này đôi khi được gọi là lá đồng xử lý mặt trống.
Đồng điện trở: Loại này thường không được xếp vào nhóm đồng xử lý bề mặt. Lá đồng này sử dụng một lớp phủ kim loại trên mặt mờ của đồng, sau đó được làm nhám đến độ nhám mong muốn.
Quá trình xử lý bề mặt trên các vật liệu đồng này khá đơn giản: lá đồng được lăn qua các bể điện phân bổ sung để tạo lớp mạ đồng thứ cấp, tiếp theo là lớp màng chắn ban đầu, và cuối cùng là lớp màng chống oxy hóa.

Lá đồng PCB

Các quy trình xử lý bề mặt cho lá đồng. [Nguồn: Pytel, Steven G., et al. "Phân tích các phương pháp xử lý đồng và ảnh hưởng của chúng đến sự lan truyền tín hiệu." Trong Hội nghị Công nghệ và Linh kiện Điện tử lần thứ 58 năm 2008, trang 1144-1149. IEEE, 2008.]
Với các quy trình này, bạn có được một loại vật liệu có thể dễ dàng sử dụng trong quy trình sản xuất mạch in tiêu chuẩn với thao tác xử lý bổ sung tối thiểu.

Đồng cán ủ

Lá đồng cán nguội sẽ được đưa qua một cặp con lăn, chúng sẽ cán nguội tấm đồng đến độ dày mong muốn. Độ nhám của tấm lá đồng thành phẩm sẽ thay đổi tùy thuộc vào các thông số cán (tốc độ, áp suất, v.v.).

Tấm đồng thu được có thể rất mịn, và các đường vân có thể nhìn thấy trên bề mặt của tấm đồng được cán và ủ. Các hình ảnh bên dưới cho thấy sự so sánh giữa lá đồng mạ điện và lá đồng được cán và ủ.

So sánh lá đồng PCB

So sánh giữa lá kim loại được mạ điện và lá kim loại được cán và ủ.
Đồng mỏng
Đây không nhất thiết là loại lá đồng bạn có thể chế tạo bằng quy trình khác. Đồng mỏng (low-profile copper) là đồng được mạ điện, sau đó được xử lý và biến đổi bằng quy trình làm nhám vi mô để tạo ra độ nhám trung bình rất thấp, đủ để bám dính vào chất nền. Quy trình sản xuất các lá đồng này thường là bí mật thương mại. Các lá đồng này thường được phân loại là siêu mỏng (ultra-low profile - ULP), rất mỏng (very low profile - VLP) và đơn giản là mỏng (low-profile - LP, độ nhám trung bình khoảng 1 micron).

Các bài viết liên quan:

Tại sao lá đồng được sử dụng trong sản xuất mạch in (PCB)?

Lá đồng được sử dụng trong mạch in.