宣布时间：2021-02-01点击：3533
一、趋肤效应带来的问题
随着在通信、云盘算、云存储技术生长 ，以及更高的以太网、云效劳器的生长 ，PCB将进一步向高速/高频偏向生长 ，PCB信号传输性能也会在一定水平上制约高速传输技术的生长。4G时代 ，PCB单通道信号传输速率已由10Gbps提升至25Gbps ，预计5G时代会进一步提升至50Gbps以上。
信号高速/高频化是信号传输越来越集中于导线“表层”（称为趋肤效应） ，当频率达1GHz时 ，其信号在导线外貌的传输厚度仅为2.1μm ，如果导体外貌粗糙度为3-5μm ，信号传输仅在粗糙度的厚度规模内进行；当信号传输频率提高到10GHz时 ，其信号在导体外貌的传输厚度为0.7μm ，信号传输更是在粗糙度规模内进行。信号在粗糙度规模传输 ，传输信号的驻波、反射将越来越严重 ，并导致信号传输路径变长 ，损耗增加（效果见图1）。
由于趋肤效应的保存 ，高速PCB如果继续使用通例（STD）铜箔 ，其结果是：随信号传输频率增加 ，趋肤效应导致的信号“失真”愈发严重。因此 ，目今的高速质料上低粗糙度铜箔的应用越来越广泛 ，像Mid Loss质料和Low Loss质料都接纳反转（RTF）铜箔作为标配铜箔；Very Low Loss质料虽然也是标配RTF铜箔 ，但客户设计多是接纳超低轮廓（HVLP）铜箔；关于Ultra low loss质料 ，HVLP铜箔已成为标配。通过扫描电镜和金相显微镜可看出STD、RTF和HVLP铜箔（厚0.5oz）的外貌形貌（见图2）。STD铜箔毛面粗糙度（Rz）约为5μm ，光面粗糙度3μm；RTF铜箔毛面、光面粗糙度约3μm；HVLP铜箔光面、毛面粗糙度均在2μm以内。据了解 ，铜箔供应商目前还正在开发外貌粗糙度在1μm以下的NP铜箔 ，由于可靠性问题尚未解决 ，实际产品尚未应用
PCB中传输线损耗主要包括介质损耗和导体损耗两个部分。对应通例FR4质料 ，1GHz是介质损耗和导体损耗的分水岭（见图3） ，1GHz以下时导体损耗占主要；频率凌驾1GHz后 ，介质损耗占主要。
然而 ，对应Very Low Loss质料 ，介质损耗已不是主要损耗 ，10GHz频率下导体损耗约占传输线整体损耗的60%。图4是基于联茂IT-968质料模拟盘算出的微带线、带状线导体损耗（导损）和介质损耗（介损）情况。由图可以看出 ，带状线理论盘算的损耗与实测损耗基本一致；不管是微带线照旧带状线 ，介质损耗都远小于导体损耗。
从Mid Loss到Ultra Low Loss质料 ，导体损耗所占的比重逐渐增加。高速质料接纳差别类型铜箔后 ，测得的损耗也保存明显差别。图5是IT-968质料接纳STD、RTF和HVLP铜箔时 ，制作的带状线信号损耗测试结果。
二、低粗糙度铜箔加工
HVLP铜箔外貌虽比较平滑 ，但现有PCB工艺会导致铜箔外貌粗糙度增加 ，影响HVLP铜箔效果。按内层线路制作工艺 ，内层需要经过干膜前处理和棕化流程 ，经过这两个流程处理后 ，HVLP铜箔外貌粗糙度Rz会由原来的1.5μm增加至3μm左右。为解决该问题 ，市面上也有对应低粗糙度工艺推出 ，相比古板棕化药水 ，该工艺不会对HVLP铜箔外貌进行微蚀 ，而是在对铜箔外貌进行清洗后 ，沉上一层锡 ，并用硅氧烷对外貌进行修饰 ，硅氧烷在与PP压适时 ，可以起到桥连作用 ，可在一定水平上增加铜箔与PP的结协力（低粗糙度工艺原理见图6）
接纳该工艺与古板棕化工艺后 ，HVLP铜箔外貌粗糙度比照见表1。由图看出 ，现有干膜前处理及棕化工艺都会在一定水平上使铜箔外貌粗糙度增加；接纳低粗糙度工艺后 ，铜箔外貌粗糙度与原来料铜箔基本一致。
表1 接纳古板棕化和低粗糙度工艺后铜箔外貌粗糙度变革比照
图7是Very Low Loss质料配备HVLP铜箔时 ，接纳低粗糙度工艺后损耗改善情况。测试结果标明 ，接纳低粗糙度工艺后 ，信号损耗可以降低0.03-0.05dB/Inch（12.5GHz）。客观来说 ，这改善幅度对Very Low Loss质料来说改善幅度并不显著 ，而结合改善的效果和本钱投入来看 ，该工艺性价比还不可令人满意 ，所以该工艺尚未获得广泛应用。同时关于HVLP铜来说 ，由于其自己照旧具有一定粗糙度 ，这导致该工艺也只能抵达这样效果。关于未来Ultra Low Loss质料来说 ，该改善幅度可能会更有意义 ，另外当NP铜箔正式推出商用后 ，该工艺相信也会发挥更好的效果。
来源：网络
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