Медная фольга для материалов высокочастотных схем — в 6-слойной плате используется гибридная конструкция печатной платы RO4350B + IT-180A

Характер продукции

Медная фольга для высокочастотных материалов печатных плат – руководство по выбору для проектирования плат с низкими потерями

 

В: Почему выбор медной фольги так важен для высокочастотных печатных плат?

О: Шероховатость поверхности медной фольги является критическим фактором, влияющим на целостность сигнала в высокочастотных устройствах, особенно на частотах выше 1 ГГц. Шероховатость заставляет высокочастотный ток (который из-за скин-эффекта концентрируется у поверхности проводника) проходить более длинный эффективный путь, преобразуя электромагнитную энергию в тепло и увеличивая вносимые потери.

 

На миллиметровых волнах стандартная электроосажденная (ED) фольга может удвоить или утроить потери в проводнике по сравнению с гладкой фольгой. Для вашей 6-слойной гибридной печатной платы, сочетающей RO4350B (ВЧ-слои) и IT-180A (слои сердечника), правильный выбор медной фольги имеет решающее значение для достижения низких потерь, необходимых для приложений 5G и СВЧ.

 

 

1. Производство медной фольги – электроосажденная (ED) против катаной

Медная фольга для ламинатов печатных плат производится двумя принципиально разными способами, что приводит к различным характеристикам поверхности и электрическим свойствам.

 

Электроосажденная (ED) медь

В процессе электроосаждения (ED) медь электрохимически осаждается на вращающийся титановый барабан из раствора сульфата меди. Сторона барабана (гладкая) обращена к диэлектрику, а матовая сторона (шероховатая) обращена наружу. Матовая сторона подвергается дополнительной обработке для улучшения адгезии.

 

Кристаллическая структура: Кристаллы электроосажденной меди растут в длину по оси Z фольги, образуя структуру «частокола» с длинными границами кристаллов, перпендикулярными плоскости фольги.

 

Шероховатость: Электроосажденная фольга обычно имеет более высокую шероховатость поверхности (Rz = 5–12 µm) по сравнению с катаной медью, при этом обработанная сторона значительно более шероховатая, чем сторона барабана.

 

Преимущество: Более низкая стоимость и широкая доступность.

 

 

Катаная медь

Катаная медь производится путем последовательной холодной прокатки для уменьшения толщины, начиная с заготовки из чистой меди. Гладкость поверхности зависит от состояния прокатного стана.

 

Кристаллическая структура: Кристаллы катаной меди дробятся и измельчаются при холодной прокатке, приобретая более мелкие, неправильные, сферические формы, ориентированные практически параллельно плоскости фольги.

 

Шероховатость: Катаная медь обычно является самым гладким типом медной фольги с очень низким профилем (Rz < 3 µm) .

 

Преимущество: Превосходно подходит для высокочастотных применений благодаря гладкой поверхности и отличному относительному удлинению.

 

 

2. Шероховатость меди – ключевой механизм потерь

При постоянном токе (DC) ток равномерно распределяется по поперечному сечению проводника. По мере увеличения частоты ток вытесняется к поверхности проводника.

 

Глубина скин-слоя δ составляет:

δ = 1 / √(π·f·µ·σ)

На частоте 10 ГГц в меди δ ≈ 0.66 µm.

 

Отношение шероховатости к глубине скин-слоя

Критическим параметром является отношение среднеквадратичной шероховатости к глубине скин-слоя (Rrms/δ). По мере роста частоты и уменьшения толщины скин-слоя шероховатость становится пропорционально больше:

Отношение (Rrms/δ)	Влияние на потери
< 0.1	Незначительное влияние (<2% дополнительных потерь)
от 0.1 до 1.0	Умеренное влияние (10–50% дополнительных потерь)
> 1.0	Сильное влияние (50–100%+ дополнительных потерь)

 

Для стандартной электроосажденной фольги (Rrms ≈ 3–4 µm) это отношение превышает 1.0 на частотах выше ~5 ГГц – как раз в рабочем диапазоне современных систем 5G и миллиметровых волн.

 

Модель Холла-Хьюрея (Hall-Huray)

Сообщества IPC и IEEE приняли модель «снежков» Хьюрея (Huray) как наиболее физически точный поправочный коэффициент шероховатости. В отличие от более старой модели Хаммерстада (которая насыщается при 2-кратном коэффициенте коррекции), модель Хьюрея представляет шероховатую поверхность как совокупность сферических выступов и точно предсказывает коэффициенты потерь на шероховатость 2.5–3.5× на миллиметровых волнах для стандартной фольги.

 

 

3. Измерение шероховатости медной фольги

Rogers использует интерферометрию белого света для определения шероховатости медной фольги, регистрируя профиль Sq (RMS). Исследования показывают, что профиль обработанной стороны лучше всего коррелирует с потерями в проводнике.

 

Типичные значения шероховатости по типам фольги

Тип фольги	Масса/толщина	Sq со стороны диэлектрика (µm)	Sq с верхней стороны (µm)	Материалы
Катаная	1 унция	0.4	0.3	RT/duroid, RO3003, RO3035, 6202
Катаная	½ унции	0.4	0.3	То же, что и выше
ED (RO4350B)	1 унция	3.2	0.4	RO4350B, RO4003C, RO4360G2
ED (RO4350B)	½ унции	2.8	0.4	RO4350B, RO4003C
LoPro®	1 унция	0.9	1.3	RO4003C, RO4350B, RO4835
LoPro®	½ унции	0.9	0.8	RO4003C, RO4350B, RO4835
ED низкопрофильная RT	1 унция	1	1.3	CLTE, DiClad, IsoClad
ED низкопрофильная RT	½ унции	1	0.8	CLTE, DiClad, IsoClad

 

Источник: Техническое описание медных фольг Rogers Corporation

Ключевой вывод: шероховатость со стороны диэлектрика (поверхность, соединенная с ламинатом) является основным источником потерь в проводнике. Катаная медь (Sq = 0.4 µm) обеспечивает самую гладкую поверхность, в то время как стандартная электроосажденная фольга на RO4350B (Sq = 2.8–3.2 µm) имеет значительно более высокую шероховатость.

 

 

4. Рекомендации по выбору фольги для гибридных структур слоев

В вашей 6-слойной плате используется гибридная структура RO4350B + IT-180A:

 

Глухие переходные отверстия (L1-L2, L3-L6) и металлизация торцов создают дополнительную сложность, требуя точного контроля параметров металлизации и подготовки поверхности.

 

Сравнительная таблица – варианты медной фольги для высокочастотных печатных плат

Свойство	Стандартная ED	Катаная медь	LoPro®	HVLP
Шероховатость (Sq)	2.8–3.2 µm	0.3–0.4 µm	0.9 µm	0.6–1.2 µm
Шероховатость (Rz)	8–12 µm	< 3 µm	3–5 µm	1.5–3 µm
Вносимые потери @ 10 ГГц	Высокая	Очень низкие	Низкая	Очень низкие
Стойкость к термоудару	Умеренная	Отличная	Хорошая	Хорошая
Прочность на отслаивание	Выше (более шероховатая = лучше адгезия)	Ниже	Умеренная	Умеренная
Стоимость	Низкая	Высокая	Средняя	Высокая
Основное применение	Стандартные ВЧ, чувствительные к стоимости	Аэрокосмическая отрасль, экстремальные температуры	Высокоскоростные цифровые схемы, ммВолны	25G–112G SerDes, ммВолны

 

 

 

Области применения

• Автомобильные радары (77 ГГц)
• Мощные ВЧ-устройства
• Аэрокосмическая и оборонная промышленность
• Фазированные антенные решетки
• Высокоскоростные цифровые интерфейсы (56G/112G PAM4)

 

 

В1: Почему катаная медь обладает лучшей стойкостью к термоудару, чем электроосажденная?

О: Катаная медь имеет лучшее упругое удлинение до наступления остаточной деформации. Электроосажденная медь может давать трещины от напряжений при быстрых термоциклах в узких проводниках.

 

 

В2: Что такое фольга LoPro® и когда ее следует использовать?
О: LoPro® – это низкопрофильная медная фольга от Rogers с гладкой поверхностью (Sq = 0.9 µm). Она доступна для материалов серии RO4000 и значительно снижает вносимые потери на высоких частотах по сравнению со стандартной электроосажденной фольгой.

 

 

В3: Какая фольга рекомендуется для моей гибридной платы RO4350B + IT-180A?
О: Для внешних слоев RO4350B (критичных для ВЧ-сигналов) мы рекомендуем использовать фольгу LoPro® или катаную медь для минимизации вносимых потерь. Для внутренних слоев сердечника IT-180A (питание/земля) достаточно стандартной электроосажденной меди.

 

 

В4: Влияет ли выбор фольги на контроль импеданса?
О: Да. Более высокая шероховатость увеличивает эффективную диэлектрическую проницаемость, что может сдвинуть импеданс на несколько ом. Это необходимо учитывать в вашем калькуляторе импеданса.

 

 

Свяжитесь с нами

Как специализированный поставщик печатных плат, мы предлагаем всестороннюю помощь в подборе медной фольги для высокочастотных проектов. Мы работаем со всеми основными типами фольги и поможем вам выбрать оптимальный вариант для вашей конкретной задачи.

 

По техническим вопросам, для проверки структуры слоев или запроса коммерческого предложения, пожалуйста, свяжитесь напрямую с нашим отделом продаж.