高速PCB的銅箔選用指南—外層避坑設(shè)計(jì)

高速先生成員--王輝東

趙理工說(shuō)：見(jiàn)到你的那一刻，我心內(nèi)有一場(chǎng)海嘯，激浪滔天，但是我靜靜的站著，沒(méi)有讓任何人知道?，F(xiàn)在你板子上有個(gè)問(wèn)題，我要告訴你?！?/p>

林如煙說(shuō)什么問(wèn)題，你趕緊告訴我，晚上一定有驚喜。

趙理工說(shuō)這個(gè)外層銅箔不能用HVLP類型。

林如煙說(shuō)，黃教授上次不是講過(guò)銅箔粗糙度對(duì)高速PCB的影響，客戶說(shuō)要用HVLP。

銅箔的分類

HTE：高延展性電解銅箔

RTF：反轉(zhuǎn)銅箔

HVLP:超低輪廓銅箔

粗糙度是指表面的不平整程度，通常以Ra或Rz來(lái)表示。上圖中的RZ就是表示銅箔粗糙度中的銅牙長(zhǎng)度。

為什么高速的時(shí)候要用低輪廓銅箔，這要從一個(gè)叫趨膚效應(yīng)的東東說(shuō)起。

什么是趨膚效應(yīng)？

交變電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，電流在導(dǎo)線橫截面上的分布是不均勻的，導(dǎo)體表面的電流密度大于中心的密度，且交變電流的頻率越高，這種趨勢(shì)越明顯，該現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)（Skin effect）。

當(dāng)導(dǎo)線表面存在微觀凸起和凹陷時(shí)，電流在導(dǎo)線上的傳輸路徑會(huì)變得更加迂回，導(dǎo)致電阻的增加。

由于信號(hào)在頻率越來(lái)越高的情況下，電流在傳輸路徑上會(huì)重新調(diào)整分布，沿著最小電阻的路徑去傳輸。

因?yàn)橼吥w效應(yīng)的影響，導(dǎo)線的等效電阻增大，進(jìn)而使其導(dǎo)體損耗增大。

對(duì)于在表面附近傳播的電流而言，一個(gè)極其粗糙和不平整的表面相當(dāng)于增加了其傳播路徑的長(zhǎng)度。

趨膚效應(yīng)示意圖

“沿著江山起起伏伏溫柔的曲線。放馬愛(ài)的中原 愛(ài)的北國(guó)和江南……”

林如煙說(shuō)有些東西只可意會(huì)不可言傳，就像《向天再借五百年》歌中唱得一樣。

只要銅箔粗糙度比較大，就像這道路起起伏伏，路面崎嶇不增，是不是相對(duì)路徑變長(zhǎng)，影響車速。

高速產(chǎn)品將銅箔粗糙度作為一個(gè)主要考慮因素。在信號(hào)速率高，損耗要求嚴(yán)格的鏈路下，低粗糙度的銅箔是必須的，而這也是產(chǎn)品高速化必然選擇。

只要銅粗糙度過(guò)大，轉(zhuǎn)輸路徑變長(zhǎng)，導(dǎo)體損耗過(guò)大，用低輪廓的銅箔是必然的。

趙理工說(shuō)：如煙你說(shuō)的都有道理，但是有一個(gè)細(xì)節(jié)你忽略了…….”

我們常規(guī)的PCB壓合結(jié)構(gòu)是foil+pp+core的方式，銅箔+pp+芯板的方式。

從上圖中我們可以看出，最外層用的是銅箔，在壓合時(shí)，在高溫高壓真空的情況下，通過(guò)壓機(jī)和PP壓合在一起。

看下圖的層疊設(shè)計(jì)，乍一看感覺(jué)很合理，其實(shí)仔細(xì)看就有些異常的地方，外層用了HVLP銅箔。

HVLP對(duì)信號(hào)完整性確實(shí)有好處，但是由于其銅箔RZ太光滑，導(dǎo)致壓合時(shí)，結(jié)合力差，會(huì)出現(xiàn)分層起泡的異常。

也有可能在SMD裝配時(shí)，因?yàn)楦邷氐挠绊?，?dǎo)致板子出現(xiàn)異常。

所以說(shuō)當(dāng)客戶要求外層采用HVLP或VLP銅箔壓板時(shí)，我們要和客戶解釋HVLP銅箔表面銅箔很光滑，附著力較差，從可靠性方面考慮，不推薦使用；為平衡可靠性及信號(hào)要求，建議改用RTF或HTE銅箔壓板；有部分工廠也不支持RTF的銅箔壓合。

特別高速多階HDI的設(shè)計(jì)，要經(jīng)過(guò)多次壓合，外層使用HVLP銅箔，出現(xiàn)可靠性問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)比較大。

所以在高速PCB設(shè)計(jì)時(shí)，不但要考慮信號(hào)完整性，還要考慮DFM的可制造性。

聽完趙理工的話，林如煙的臉上漲起了一層紅暈，她深深地吸了一口氣，一雙大眼睛眨了眨，她的目光掠過(guò)趙理工俊朗的臉龐，滿是崇拜的說(shuō)道：“趙理工，你這個(gè)兄弟不錯(cuò)，等我把板子改了，晚上下班咱們?nèi)?a target="_blank">公司對(duì)面的樂(lè)樂(lè)燒烤喝一杯?！?/p>

趙理工，說(shuō)一言為定。

審核編輯 黃宇