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高速PCB的铜箔选用指南—外层避坑设计

发布时间:2024-01-10 09:43

高速先生成员--王辉东


赵理工说:见到你的那一刻,我心内有一场海啸,激浪滔天,但是我静静的站着,没有让任何人知道。现在你板子上有个问题,我要告诉你。”

林如烟说什么问题,你赶紧告诉我,晚上一定有惊喜。

赵理工说这个外层铜箔不能用HVLP类型。

林如烟说,黄教授上次不是讲过铜箔粗糙度对高速PCB的影响,客户说要用HVLP。

铜箔的分类

HTE:高延展性电解铜箔

RTF:反转铜箔

HVLP:超低轮廓铜箔

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粗糙度是指表面的不平整程度,通常以Ra或Rz来表示。上图中的RZ就是表示铜箔粗糙度中的铜牙长度。

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为什么高速的时候要用低轮廓铜箔,这要从一个叫趋肤效应的东东说起。


什么是趋肤效应?


交变电流通过导线时,电流在导线横截面上的分布是不均匀的,导体表面的电流密度大于中心的密度,且交变电流的频率越高,这种趋势越明显,该现象称为趋肤效应(Skin effect)。

当导线表面存在微观凸起和凹陷时,电流在导线上的传输路径会变得更加迂回,导致电阻的增加。

由于信号在频率越来越高的情况下,电流在传输路径上会重新调整分布,沿着最小电阻的路径去传输。

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因为趋肤效应的影响,导线的等效电阻增大,进而使其导体损耗增大。


对于在表面附近传播的电流而言,一个极其粗糙和不平整的表面相当于增加了其传播路径的长度。

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                                     趋肤效应示意图


“沿着江山起起伏伏温柔的曲线。放马爱的中原 爱的北国和江南……”


林如烟说有些东西只可意会不可言传,就像《向天再借五百年》歌中唱得一样。


只要铜箔粗糙度比较大,就像这道路起起伏伏,路面崎岖不增,是不是相对路径变长,影响车速。


高速产品将铜箔粗糙度作为一个主要考虑因素。在信号速率高,损耗要求严格的链路下,低粗糙度的铜箔是必须的,而这也是产品高速化必然选择。

只要铜粗糙度过大,转输路径变长,导体损耗过大,用低轮廓的铜箔是必然的。

赵理工说:如烟你说的都有道理,但是有一个细节你忽略了…….”

我们常规的PCB压合结构是foil+pp+core的方式,铜箔+pp+芯板的方式。

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从上图中我们可以看出,最外层用的是铜箔,在压合时,在高温高压真空的情况下,通过压机和PP压合在一起。

看下图的层叠设计,乍一看感觉很合理,其实仔细看就有些异常的地方,外层用了HVLP铜箔。

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HVLP对信号完整性确实有好处,但是由于其铜箔RZ太光滑,导致压合时,结合力差,会出现分层起泡的异常。


也有可能在SMD装配时,因为高温的影响,导致板子出现异常。

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所以说当客户要求外层采用HVLP或VLP铜箔压板时,我们要和客户解释HVLP铜箔表面铜箔很光滑,附着力较差,从可靠性方面考虑,不推荐使用;为平衡可靠性及信号要求,建议改用RTF或HTE铜箔压板;有部分工厂也不支持RTF的铜箔压合。

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特别高速多阶HDI的设计,要经过多次压合,外层使用HVLP铜箔,出现可靠性问题的风险比较大。

所以在高速PCB设计时,不但要考虑信号完整性,还要考虑DFM的可制造性。

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听完赵理工的话,林如烟的脸上涨起了一层红晕,她深深地吸了一口气,一双大眼睛眨了眨,她的目光掠过赵理工俊朗的脸庞,满是崇拜的说道:“赵理工,你这个兄弟不错,等我把板子改了,晚上下班咱们去公司对面的乐乐烧烤喝一杯。”

赵理工,说一言为定。

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