고주파 설계를 위한 PCB 동박의 종류

PCB 소재 산업은 가능한 한 낮은 신호 손실을 제공하는 소재 개발에 상당한 시간을 투자해왔습니다. 고속 및 고주파 설계의 경우, 손실은 신호 전파 거리를 제한하고 신호를 왜곡시킬 것이며, TDR 측정에서 볼 수 있는 임피던스 편차를 생성할 것입니다. 우리가 어떤 인쇄 회로 기판을 설계하고 더 높은 주파수에서 작동하는 회로를 개발함에 따라, 모든 설계에서 가능한 한 가장 매끄러운 구리를 선택하는 것이 유혹적일 수 있습니다.

구리 거칠기가 추가적인 임피던스 편차와 손실을 생성한다는 것은 사실이지만, 실제로 귀하의 구리 호일이 얼마나 매끄러워야 하는지, 모든 설계에 초매끄러운 구리를 선택하지 않고도 손실을 극복할 수 있는 몇 가지 간단한 방법이 있는지 고려해 볼 필요가 있습니다. 이 글에서는 이러한 점들을 살펴보고, PCB 스택업 소재를 찾기 시작할 때 무엇을 찾아야 하는지도 살펴볼 것입니다.

PCB 구리 호일의 유형

보통 PCB 재료에 대한 구리를 이야기할 때, 구리의 특정 종류에 대해 이야기하지 않고, 그것의 거칠기에 대해서만 이야기합니다. 다른 구리 증착 방법은 서로 다른 거칠기 값을 가진 필름을 생산하는데, 이는 주사 전자 현미경(SEM) 이미지에서 명확하게 구별될 수 있습니다. 만약 여러분이 고주파(보통 5 GHz WiFi 이상) 또는 고속에서 작동할 예정이라면, 재료 데이터시트에 명시된 구리 유형에 주의를 기울이십시오.

또한, 데이터시트에서 Dk 값의 의미를 이해하는 것이 중요합니다.Rogers의 John Coonrod와 함께하는 이 팟캐스트 토론을 시청하여 Dk 사양에 대해 더 알아보십시오. 이를 염두에 두고, PCB 구리 호일의 다양한 유형을 살펴보겠습니다.

전기도금

이 과정에서, 드럼은 전해 용액을 통해 회전되고, 전기도금 반응을 사용하여 드럼에 구리 호일을 "성장"시킵니다. 드럼이 회전함에 따라, 결과적으로 생성된 구리 필름은 천천히 롤러에 감겨져 연속적인 구리 시트를 제공하며, 이후에는 라미네이트에 롤링될 수 있습니다. 구리의 드럼 측면은 기본적으로 드럼의 거칠기와 일치할 것이며, 노출된 측면은 훨씬 더 거칠 것입니다.

표준 PCB 제작 공정에서 사용되기 위해서는, 구리의 거친 면이 먼저 유리-레진 유전체에 접착될 것입니다. 남아 있는 노출된 구리(드럼 면)는 표준 구리 도금 적층 공정에서 사용되기 전에 의도적으로 화학적으로 거칠게 처리되어야 합니다(예: 플라즈마 식각으로). 이는 PCB 스택업에서 다음 층에 접착될 수 있도록 보장합니다.

표면 처리된 전기도금 구리

모든 다른 유형의 표면 처리된 구리 호일을 포괄하는 최적의 용어를 모르겠습니다. 따라서 위의 제목입니다. 이 구리 재료는 주로 역 처리 호일로 잘 알려져 있지만, 다른 두 가지 변형도 있습니다(아래 참조).

역처리 호일은 전기도금된 구리 시트의 매끄러운 면(드럼 면)에 적용되는 표면 처리를 사용합니다. 처리층은 구리를 의도적으로 거칠게 만들어 유전체 재료에 더 큰 접착력을 가지도록 하는 단지 얇은 코팅입니다. 이러한 처리는 또한 부식을 방지하는 산화 방지제로 작용합니다. 이 구리를 사용하여 라미네이트 패널을 만들 때, 처리된 면은 유전체에 접착되고 남은 거친 면은 노출됩니다. 노출된 면은 에칭하기 전에 추가적인 거칠기를 필요로 하지 않으며, 이미 다음 PCB 스택업의 층과 접착할 충분한 강도를 가지고 있습니다.

역처리 구리 호일의 세 가지 변형에는 다음이 포함됩니다:

• 고온 연신(HTE) 구리 호일: 이는 IPC-4562 등급 3 사양을 준수하는 전기도금된 구리 호일입니다. 노출된 면은 또한 저장 중 부식을 방지하기 위해 산화 방지제로 처리됩니다.
• 양면 처리 호일: 이 구리 호일에서는 필름의 양면에 처리가 적용됩니다. 이 재료는 때때로 드럼 면 처리 호일이라고 불립니다.
• 저항성 구리: 이것은 일반적으로 표면 처리된 구리로 분류되지 않습니다. 이 구리 호일은 구리의 무광택 면에 금속 코팅을 사용한 다음 원하는 수준으로 거칠게 처리합니다.

이 구리 재료에서의 표면 처리 적용은 간단합니다: 호일은 추가적인 전해 목욕을 통해 굴려지며, 이 과정에서 이차 구리 도금이 적용되고, 그 다음에는 장벽 씨앗층, 마지막으로는 방청 필름층이 적용됩니다.

이러한 과정을 거치면, 최소한의 추가 처리로 표준 보드 제작 과정에서 쉽게 사용할 수 있는 재료를 얻을 수 있습니다.

압연 어닐링 구리

압연 어닐링 구리 호일은 구리 호일을 한 쌍의 롤러를 통과시켜, 원하는 두께로 구리 시트를 냉간 압연합니다. 결과적으로 나오는 호일 시트의 거칠기는 롤링 매개변수(속도, 압력 등)에 따라 다를 수 있습니다. 결과적으로 나오는 시트는 매우 부드러울 수 있으며, 압연 어닐링된 구리 시트의 표면에는 줄무늬가 보입니다. 아래 이미지는 전기 도금된 구리 호일과 압연 어닐링 호일 사이의 비교를 보여줍니다.

저프로파일 구리

이것은 반드시 대체 공정으로 제작할 구리 호일의 유형은 아닙니다. 저프로파일 구리는 전기도금된 구리로, 기판에 대한 접착력을 위해 충분한 거칠기를 제공하면서 매우 낮은 평균 거칠기를 가지도록 미세 거칠기 공정으로 처리 및 수정됩니다. 이러한 구리 호일을 제조하는 공정은 일반적으로 독점적입니다. 이 호일들은 종종 초저프로파일(ULP), 매우 저프로파일(VLP), 그리고 단순 저프로파일(LP, 대략 1 마이크론 평균 거칠기)로 분류됩니다.

구리 호일 유형 및 데이터시트의 구리 거칠기

결국, RF PCB 레이아웃에 대해 특히 거칠기 값을 얻으려고 합니다. 고주파 설계에 가장 적합한 재료 세트는 일반적으로 초저프로파일 또는 압연 어닐링된 구리 호일(0.25에서 0.5 마이크론), 그 다음으로 저프로파일 및 역 처리된 호일(약 1에서 1.5 마이크론)입니다. 전기도금된 구리는 매우 넓은 범위의 표면 거칠기(1에서 4 마이크론까지)를 가질 수 있습니다.

아래 SEM 이미지에 표시된 두 가지 예시 전기도금 구리 호일(오크미츠이 테크놀로지스 제공 이미지). 이 이미지에서는 전자 빔의 입사 각도를 기반으로 이미지에서 거칠기 값을 추출하려고 시도할 수 있습니다. 거칠기를 측정하는 전형적인 방법은 기계적 프로파일로미터를 사용하는 것이며, 매우 낮은 거칠기 필름에 사용되는 간섭계 방법이 있습니다.

그러나, 특정 라미네이트 유형과 재료 값과 함께 원하는 어떤 유형의 구리도 선택할 수 있는 것은 아니며, 시장에서 사용 가능한 것 내에서 작업해야 합니다. 그러나 구리 거칠기가 중요한 고주파 응용 분야에서는 재료 공급업체가 PCB 구리 호일의 유형과 거칠기에 대한 정보를 제공하는 데 꽤 좋은 일을 해왔습니다. 아래 로저스 3003/3035 데이터시트의 예를 살펴보세요. 이 표는 이 고주파 라미네이트 세트에 사용 가능한 모든 구리 호일을 단일 위치에 모아 놓기 때문에 매우 유용합니다.

이 재료 시스템에 대한 라미네이트 유형을 선택하면, 거칠기 데이터를 얻기 위해 공급업체에 연락할 수 있습니다. 그들은 사용하고자 하는 제품의 거칠기 범위를 나열한 표를 보내줄 수 있어야 하므로, 디자인에 완전히 적합한지 확인할 수 있습니다.

또 다른 예는 AGC Taconic 재료에 대해 찾을 수 있습니다. 아래 발췌문에서, 그들은 처리된 면과 처리되지 않은 면 모두에 대해 구리 호일의 유형과 호일의 거칠기 값을 나열합니다. 디자인에 적합한 재료를 선택하는 데 사용할 수 있는 제품 선택 가이드에는 훨씬 더 많은 데이터가 있습니다.

이 값들(또는 라미네이트 공급업체에 이메일을 보낸 후)을 통해, 구리 호일의 거칠기와 임피던스에 미치는 영향을 모델링하는 데 필요한 거칠기 매개변수를 얻을 수 있습니다. 거기서부터, 임피던스 값이 있는 전송선에 대한 ABCD 매개변수에서 시작하거나 전파 상수를 직접 계산하여 손실을 얻을 수 있습니다. 그런 다음 손실을 얻고, 원한다면 연결부에 대한 예상 S21 값을 계산할 수 있습니다. 이제 모든 것을 알게 되었습니다!

제가 본 적 없는 한 가지 포인트는 다음과 같습니다: 정말로 구리 호일의 거칠기를 귀하의 특정 인터커넥트 디자인에서 고려해야만 할까요? 거칠기를 무시하고도 정확한 결과를 확신할 수 있는 경우는 언제일까요? 우리는 구리 거칠기를 평가하고 주어진 값이 적절한지 결정하는 이 측면에 대해 다가오는 기사에서 논의할 것입니다.

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