Piirilevyissä käytetty pääjohdinmateriaali onkuparifolio, jota käytetään signaalien ja virtojen lähettämiseen. Samanaikaisesti piirilevyjen kuparifoliota voidaan käyttää myös referenssitasona siirtolinjan impedanssin säätämiseen tai suojana sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) estämiseksi. Samanaikaisesti piirilevyjen valmistusprosessissa kuparifolion kuoriutumislujuus, syövytyskyky ja muut ominaisuudet vaikuttavat myös piirilevyjen valmistuksen laatuun ja luotettavuuteen. Piirilevyjen suunnitteluinsinöörien on ymmärrettävä nämä ominaisuudet varmistaakseen, että piirilevyjen valmistusprosessi voidaan suorittaa onnistuneesti.
Painettujen piirilevyjen kuparifoliossa on elektrolyyttistä kuparifoliota (sähkösaostettu ED-kuparifolio) ja kalanteroitu hehkutettu kuparifolio (valssattu hehkutettu RA-kuparifolio) kahta tyyppiä, ensimmäinen galvanointimenetelmällä ja jälkimmäinen valssausmenetelmällä. Jäykissä piirilevyissä käytetään pääasiassa elektrolyyttisiä kuparikalvoja, kun taas valssattuja hehkutettuja kuparikalvoja käytetään pääasiassa joustavissa piirilevyissä.
Painettujen piirilevyjen sovelluksissa elektrolyyttisten ja kalanteroitujen kuparikalvojen välillä on merkittävä ero. Elektrolyyttisillä kuparikalvoilla on erilaiset ominaisuudet kahdella pinnallaan, eli kalvon kahden pinnan karheus ei ole sama. Piiritaajuuksien ja -nopeuksien kasvaessa kuparikalvojen erityisominaisuudet voivat vaikuttaa millimetriaaltotaajuisten (mm-aalto) ja suurnopeuspiirien (HSD) suorituskykyyn. Kuparikalvon pinnan karheus voi vaikuttaa piirilevyn lisäyshäviöön, vaiheen tasaisuuteen ja etenemisviiveeseen. Kuparikalvon pinnan karheus voi aiheuttaa vaihteluita suorituskyvyssä piirilevyjen välillä sekä vaihteluita sähköisessä suorituskyvyssä piirilevyjen välillä. Kuparikalvojen roolin ymmärtäminen tehokkaissa ja suurnopeuspiireissä voi auttaa optimoimaan ja simuloimaan tarkemmin suunnitteluprosessia mallista todelliseen piiriin.
Kuparifolion pinnan karheus on tärkeää piirilevyjen valmistuksessa
Suhteellisen karkea pintaprofiili auttaa vahvistamaan kuparifolion tarttumista hartsijärjestelmään. Karkeampi pintaprofiili voi kuitenkin vaatia pidempiä syövytysaikoja, mikä voi vaikuttaa piirilevyn tuottavuuteen ja viivojen tarkkuuteen. Pidempi syövytysaika tarkoittaa johtimen lisääntynyttä sivuttaissyövytystä ja voimakkaampaa sivuttaissyövytystä. Tämä vaikeuttaa hienojen viivojen valmistusta ja impedanssin hallintaa. Lisäksi kuparifolion karheuden vaikutus signaalin vaimenemiseen tulee ilmeiseksi piirin toimintataajuuden kasvaessa. Korkeammilla taajuuksilla johtimen pinnan läpi välittyy enemmän sähköisiä signaaleja, ja karheampi pinta saa signaalin kulkemaan pidemmän matkan, mikä johtaa suurempaan vaimennukseen tai häviöön. Siksi korkean suorituskyvyn omaavat alustat vaativat matalan karheuden omaavia kuparifolioita, joilla on riittävä tarttuvuus, jotta ne sopivat yhteen korkean suorituskyvyn hartsijärjestelmien kanssa.
Vaikka useimmissa piirilevysovelluksissa käytetään nykyään kuparin paksuutta 1/2 oz (noin 18 μm), 1 oz (noin 35 μm) ja 2 oz (noin 70 μm), mobiililaitteet ovat yksi tärkeimmistä tekijöistä sille, että piirilevyjen kuparin paksuus on jopa 1 μm. Toisaalta 100 μm:n tai sitä suuremmat kuparin paksuudet tulevat jälleen tärkeiksi uusien sovellusten (esim. autoelektroniikka, LED-valaistus jne.) myötä.
Ja 5G-millimetriaaltojen sekä nopeiden sarjayhteyksien kehityksen myötä karheampien kuparikalvojen kysyntä kasvaa selvästi.
Julkaisun aika: 10. huhtikuuta 2024