A indústria de materiais para placas de circuito impresso (PCBs) dedicou muito tempo ao desenvolvimento de materiais que proporcionam a menor perda de sinal possível. Para projetos de alta velocidade e alta frequência, as perdas limitam a distância de propagação do sinal, distorcem os sinais e criam uma variação de impedância que pode ser observada em medições de TDR (refletor termodinâmico). Ao projetarmos placas de circuito impresso e desenvolvermos circuitos que operam em frequências mais altas, pode ser tentador optar pelo cobre mais liso possível em todos os projetos criados.

Embora seja verdade que a rugosidade do cobre crie desvios de impedância e perdas adicionais, quão lisa precisa ser a sua folha de cobre? Existem métodos simples que podem ser usados ​​para minimizar as perdas sem precisar selecionar cobre ultraliso para todos os projetos? Analisaremos esses pontos neste artigo, bem como o que você pode procurar ao começar a comprar materiais para a estrutura de placas de circuito impresso.

Tipos deFolha de cobre PCB

Normalmente, quando falamos sobre cobre em materiais de PCB, não mencionamos o tipo específico de cobre, mas sim sua rugosidade. Diferentes métodos de deposição de cobre produzem filmes com diferentes valores de rugosidade, que podem ser claramente distinguidos em uma imagem de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Se você pretende operar em altas frequências (normalmente Wi-Fi de 5 GHz ou superior) ou em altas velocidades, preste atenção ao tipo de cobre especificado na ficha técnica do material.

Além disso, certifique-se de entender o significado dos valores de Dk em uma folha de dados. Assista a esta discussão em podcast com John Coonrod, da Rogers, para saber mais sobre as especificações de Dk. Com isso em mente, vamos analisar alguns dos diferentes tipos de folha de cobre para PCBs.

Eletrodepositado

Nesse processo, um tambor é girado em uma solução eletrolítica, e uma reação de eletrodeposição é usada para "cultivar" a folha de cobre sobre o tambor. Conforme o tambor gira, o filme de cobre resultante é lentamente enrolado em um rolo, formando uma folha contínua de cobre que pode posteriormente ser laminada. O lado do cobre em contato com o tambor terá uma rugosidade semelhante à do próprio tambor, enquanto o lado exposto será muito mais rugoso.

Folha de cobre eletrodepositada para PCB

Produção de cobre por eletrodeposição.
Para ser utilizado em um processo padrão de fabricação de PCBs, o lado áspero do cobre será primeiro colado a um dielétrico de resina vítrea. O cobre exposto restante (lado do tambor) precisará ser intencionalmente rugosificado quimicamente (por exemplo, com ataque por plasma) antes de poder ser utilizado no processo padrão de laminação de cobre revestido. Isso garantirá que ele possa ser colado à próxima camada na estrutura da PCB.

Cobre eletrodepositado com tratamento de superfície

Não sei qual o melhor termo que englobe todos os diferentes tipos de tratamento de superfície.folhas de cobre, daí o título acima. Esses materiais de cobre são mais conhecidos como folhas com tratamento reverso, embora outras duas variações estejam disponíveis (veja abaixo).

As folhas tratadas reversamente utilizam um tratamento de superfície aplicado ao lado liso (lado do tambor) de uma folha de cobre eletrodepositada. Uma camada de tratamento é simplesmente um revestimento fino que intencionalmente torna o cobre mais áspero, para que ele tenha maior adesão a um material dielétrico. Esses tratamentos também atuam como uma barreira de oxidação que previne a corrosão. Quando esse cobre é usado para criar painéis laminados, o lado tratado é colado ao dielétrico e o lado áspero restante permanece exposto. O lado exposto não precisará de nenhum processo adicional de rugosidade antes da corrosão; ele já terá resistência suficiente para se ligar à próxima camada na estrutura da placa de circuito impresso.

Três variações de folha de cobre tratada reversamente incluem:

Folha de cobre para alongamento em alta temperatura (HTE): Trata-se de uma folha de cobre eletrodepositada que atende às especificações da norma IPC-4562 Grau 3. A face exposta também recebe um tratamento de barreira contra oxidação para evitar corrosão durante o armazenamento.
Folha com tratamento duplo: Nesta folha de cobre, o tratamento é aplicado em ambos os lados da película. Este material também é conhecido como folha com tratamento em um dos lados do tambor.
Cobre resistivo: Normalmente, este não é classificado como cobre com tratamento superficial. Esta folha de cobre utiliza um revestimento metálico sobre o lado fosco do cobre, que é então rugoso até atingir o nível desejado.
A aplicação do tratamento de superfície nesses materiais de cobre é simples: a folha é laminada através de banhos eletrolíticos adicionais que aplicam uma camada secundária de cobre, seguida por uma camada de barreira e, finalmente, uma camada de película anti-oxidação.

folha de cobre PCB

Processos de tratamento de superfície para folhas de cobre. [Fonte: Pytel, Steven G., et al. "Análise de tratamentos de cobre e seus efeitos na propagação de sinais." In 2008 58th Electronic Components and Technology Conference, pp. 1144-1149. IEEE, 2008.]
Com esses processos, você obtém um material que pode ser facilmente utilizado no processo padrão de fabricação de placas com processamento adicional mínimo.

Cobre laminado e recozido

Folhas de cobre laminadas e recozidas são produzidas passando um rolo de folha de cobre por um par de rolos, que laminam a frio a folha de cobre até a espessura desejada. A rugosidade da folha resultante varia dependendo dos parâmetros de laminação (velocidade, pressão, etc.).

A folha resultante pode ser muito lisa, e estrias são visíveis na superfície da folha de cobre laminada e recozida. As imagens abaixo mostram uma comparação entre uma folha de cobre eletrodepositada e uma folha laminada e recozida.

comparação de folhas de cobre em PCBs

Comparação entre lâminas eletrodepositadas e lâminas laminadas e recozidas.
Cobre de baixo perfil
Este não é necessariamente um tipo de folha de cobre que você fabricaria com um processo alternativo. O cobre de baixo perfil é cobre eletrodepositado que é tratado e modificado com um processo de microrrugosidade para proporcionar uma rugosidade média muito baixa, com rugosidade suficiente para adesão ao substrato. Os processos de fabricação dessas folhas de cobre são normalmente proprietários. Essas folhas são frequentemente categorizadas como de perfil ultrabaixo (ULP), perfil muito baixo (VLP) e simplesmente de baixo perfil (LP, com rugosidade média de aproximadamente 1 mícron).

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