Справочник проектировщика печатных плат. Основы радиочастотных/СВЧ печатных плат. Глава 2.1. Неровность медной поверхности.

автор Джон Буши (John Bushie) – Директор по Технологиям в American Standard Circuits. Аная Вардия (Anaya Vardya) – Президент и Генеральный директор American Standard Circuits |

Мы часто обсуждаем разработки плат в контексте потерь: потери в проводнике связаны с геометрией цепи, собственная проводимость металла в контексте сопротивления, потери, вызванные диэлектрическим материалом, на котором размещена схема или изоляции. Однако, RF технология продолжает развиваться и раздвигает производственные границы, и с этим другой фактор оказывает критическое влияние на потери проводника: неровность поверхности меди.

Помимо неровности необработанной меди, очень важно, чтобы RF разработчики учитывали также и то влияние обработки меди, используемой производителем, которое оно оказывает на RF производительность. Сейчас есть тенденция уходить от традиционной обработки меди, такой как оксид для увеличения площади поверхности, и вместо этого выбирать чистую медь для более ровной поверхности. Нужно выбрать оптимальное соотношение между адгезией и RF производительностью. Кроме того, критически важной является работа с производителем печатных плат, так как сейчас существуют альтернативные процессы, такие как использование кислотной очистки и/или связующие вещества.

Поверхность медной фольги

В высокочастотных сигналах ток в медной цепи печатной платы концентрируется в пределах малой глубины от ее поверхности, что называют «скин эффект» или «скин-глубина», то есть глубина проникновения поля. Скин-глубина – это измерение того, как (и где) имеет место электропроводность в проводнике, и это функция частоты (Рис.2.1).

Распространенным ошибочным мнением по поводу скин-глубины касается того, что поверхность проводника несет RF ток. Неспециалист полагает, что он проходит по верхней поверхности базового материала медной фольги, но в большинстве случаев верно как раз обратное. Проводимость тока происходит на поверхности ближайшей к диэлектрику, откуда распространяется электромагнитная волна: другими словами, на нижней поверхности меди, которая находится напротив подложки в микрополосковом дизайне.

Рис. 2.2 показывает это в поперечном разрезе высокочастотного сигнала. Как вы можете видеть, RF ток является самым высоким на нижней поверхности (рядом с подложкой) схемы. Именно поэтому первый металл (медная фольга) – наиболее важен для проводимости в высокочастотной много-металлической структуре слоев. Это значит, что неровность поверхности меди чрезвычайно важна для целостности сигнала и производительности. Есть два типа коммерческой медной фольги, которая обычно используется с сырой медной фольгой для покрытия ПП: электроосажденная медь (ED) и прокатанная отожженная медь (RA).

Рис. 2.1: Расчет скин-глубины. (Источник: Isola)

Рис. 2.2: Высокочастотная электропроводность. (Источник: Isola)

Электроосажденная (ED) медная фольга

ED медь производится за счет электролитического осаждения на медленно вращающийся полированный барабан из медносульфатного раствора. Когда применяют электрическое поле, медь осаждается на барабан так как он вращается очень медленно; чем медленнее вращение, тем тоньше медь. Со стороны барабана медь получает более ровную поверхность (Рис. 2.3).

Существуют различные классификации ED меди, которые зависят от профиля или неровности медной поверхности. Есть компромисс между адгезией и потерями проводника; более высокие профили увеличивают адгезию за счет увеличения потерь проводника и наоборот. Чтобы минимизировать потери высокочастотных проводников лучше использовать более низкий профиль. Давайте обсудим некоторые опции.

Фольга с обработанной обратной стороной (RTF)

Электроосажденная фольга, которая прошла последующую обработку ровной стороны меди, называется фольга с обработанной обратной стороной (RTF). Данная обработка – это очень тонкое неровное покрытие, которое улучшает адгезию. Рис. 2.4 показывает типичные профили RTF медной фольги в ½ унции и в 1 унцию.

Источник: Джон Буши и Аная Вардия (John Bushie, Anaya Vardya),
American Standard Circuits,
© 2018 BR Publishing, Inc.

 

 

Рис. 2.3: Процесс электроосаждения меди ED.

Рис. 2.4: Поперечное сечение и SEM RTF медной фольги. (Источник: Isola)

Назад