วัสดุฐาน PCB – ฟอยล์ทองแดง

วัสดุตัวนำหลักที่ใช้ใน PCB คือแผ่นทองแดงซึ่งใช้ในการส่งสัญญาณและกระแสไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน แผ่นทองแดงบน PCB ยังสามารถใช้เป็นระนาบอ้างอิงเพื่อควบคุมอิมพีแดนซ์ของสายส่ง หรือเป็นเกราะป้องกันเพื่อลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ในเวลาเดียวกัน ในกระบวนการผลิต PCB ความแข็งแรงในการลอก ประสิทธิภาพการกัด และลักษณะอื่นๆ ของแผ่นทองแดงจะส่งผลต่อคุณภาพและความน่าเชื่อถือของการผลิต PCB วิศวกรด้านเค้าโครง PCB จำเป็นต้องเข้าใจลักษณะเหล่านี้เพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการผลิต PCB สามารถดำเนินการได้สำเร็จ

แผ่นทองแดงสำหรับแผงวงจรพิมพ์มีแผ่นทองแดงอิเล็กโทรไลต์ (แผ่นทองแดง ED ชุบด้วยไฟฟ้า) และแผ่นทองแดงอบอ่อนที่ผ่านการรีด (แผ่นทองแดง RA อบอ่อนรีด) มีสองประเภท ประเภทแรกใช้กรรมวิธีการผลิตแบบชุบด้วยไฟฟ้า ประเภทหลังใช้กรรมวิธีการผลิตแบบรีด ใน PCB แบบแข็ง จะใช้แผ่นทองแดงแบบอิเล็กโทรไลต์เป็นหลัก ในขณะที่แผ่นทองแดงแบบอบอ่อนแบบรีดจะใช้สำหรับแผงวงจรแบบยืดหยุ่นเป็นหลัก

สำหรับการใช้งานในแผงวงจรพิมพ์ มีความแตกต่างอย่างมากระหว่างแผ่นทองแดงแบบอิเล็กโทรไลต์และแบบรีดแผ่น แผ่นทองแดงแบบอิเล็กโทรไลต์มีลักษณะเฉพาะบนพื้นผิวทั้งสองแบบ นั่นคือ ความหยาบของพื้นผิวทั้งสองของแผ่นทองแดงจะไม่เหมือนกัน เมื่อความถี่และอัตราของวงจรเพิ่มขึ้น ลักษณะเฉพาะของแผ่นทองแดงอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของความถี่คลื่นมิลลิเมตร (mm Wave) และวงจรดิจิทัลความเร็วสูง (HSD) ความหยาบของพื้นผิวแผ่นทองแดงอาจส่งผลต่อการสูญเสียการแทรก PCB ความสม่ำเสมอของเฟส และความล่าช้าในการแพร่กระจาย ความหยาบของพื้นผิวแผ่นทองแดงอาจทำให้ประสิทธิภาพการทำงานจาก PCB หนึ่งไปยังอีก PCB หนึ่งแตกต่างกัน รวมถึงทำให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าจาก PCB หนึ่งไปยังอีก PCB หนึ่งแตกต่างกัน การทำความเข้าใจบทบาทของแผ่นทองแดงในวงจรประสิทธิภาพสูงและความเร็วสูงสามารถช่วยปรับให้เหมาะสมและจำลองกระบวนการออกแบบจากแบบจำลองไปยังวงจรจริงได้แม่นยำยิ่งขึ้น

ความหยาบของพื้นผิวของแผ่นทองแดงมีความสำคัญต่อการผลิต PCB

โปรไฟล์พื้นผิวที่ค่อนข้างหยาบช่วยเสริมการยึดเกาะของแผ่นทองแดงกับระบบเรซิน อย่างไรก็ตาม โปรไฟล์พื้นผิวที่หยาบกว่าอาจต้องใช้เวลาในการกัดนานขึ้น ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของบอร์ดและความแม่นยำของรูปแบบเส้น เวลาในการกัดที่มากขึ้นหมายถึงการกัดด้านข้างของตัวนำที่เพิ่มขึ้นและการกัดด้านข้างของตัวนำที่รุนแรงมากขึ้น ซึ่งทำให้การสร้างเส้นละเอียดและการควบคุมอิมพีแดนซ์ทำได้ยากขึ้น นอกจากนี้ ผลกระทบของความหยาบของแผ่นทองแดงต่อการลดทอนสัญญาณจะปรากฏชัดเจนขึ้นเมื่อความถี่ในการทำงานของวงจรเพิ่มขึ้น ที่ความถี่ที่สูงขึ้น สัญญาณไฟฟ้าจำนวนมากขึ้นจะถูกส่งผ่านพื้นผิวของตัวนำ และพื้นผิวที่หยาบกว่าจะทำให้สัญญาณเดินทางไกลขึ้น ส่งผลให้การลดทอนหรือสูญเสียมากขึ้น ดังนั้น พื้นผิวที่มีประสิทธิภาพสูงจึงต้องใช้แผ่นทองแดงที่มีความหยาบต่ำที่มีการยึดเกาะเพียงพอเพื่อให้ตรงกับระบบเรซินประสิทธิภาพสูง

แม้ว่าแอปพลิเคชันส่วนใหญ่บน PCB ในปัจจุบันจะมีความหนาของทองแดงที่ 1/2 ออนซ์ (ประมาณ 18μm), 1 ออนซ์ (ประมาณ 35μm) และ 2 ออนซ์ (ประมาณ 70μm) แต่เครื่องมือสื่อสารพกพาก็เป็นหนึ่งในปัจจัยผลักดันที่ทำให้ความหนาของทองแดงบน PCB อยู่ที่บางถึง 1μm ในขณะเดียวกัน ความหนาของทองแดง 100μm หรือมากกว่านั้นจะกลับมามีความสำคัญอีกครั้งเนื่องจากแอปพลิเคชันใหม่ๆ (เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ ไฟ LED เป็นต้น)

และด้วยการพัฒนาของคลื่นมิลลิเมตร 5G เช่นเดียวกับลิงก์อนุกรมความเร็วสูง ทำให้ความต้องการแผ่นทองแดงที่มีโปรไฟล์ความหยาบต่ำกว่าเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน