铜箔是PCB的制造中不可或缺的核心原材料,它承担着导电线路的功能,直接影响PCB的电气性能、机械强度和可靠性。随着电子技术向小型化、高密度、高性能方向发展,对铜箔的性能要求也日益严苛。根据不同的生产工艺、性能特点和应用需求,PCB用铜箔可进行多种分类,深入了解这些分类有助于PCB制造商和电子工程师选择合适的铜箔,优化PCB设计与制造。
电解铜箔是目前PCB制造中应用最为广泛的铜箔类型。其生产工艺主要是通过电解法,以纯铜为阳极,不锈钢或钛板作为阴极,将阳极铜在硫酸铜和硫酸的混合电解液中电解,铜离子在阴极表面沉积形成铜箔。
电解铜箔具有生产效率高、成本相对较低、可大规模生产的优势。根据表面处理工艺的不同,电解铜箔又可细分为单面光电解铜箔和双面光电解铜箔。单面光电解铜箔的一面光滑,另一面具有粗糙的毛面,毛面与绝缘基板的结合力更强,常用于多层PCB的内层制作;双面光电解铜箔两面均光滑,表面粗糙度低,适用于高频、高速信号传输的PCB,能有效降低信号传输损耗和阻抗。
然而,电解铜箔也存在一定的局限性。由于其生产过程中存在晶粒生长不均匀的问题,导致铜箔的延展性和耐弯折性能相对较差,在一些对柔韧性要求较高的应用场景中表现欠佳。
压延铜箔是通过将铜锭经过多次轧制、退火处理制成。在轧制过程中,铜原子沿轧制方向排列,形成较为致密的组织结构,使得压延铜箔具有优异的柔韧性、高延展性和良好的耐弯折性能。
与电解铜箔相比,压延铜箔的表面更加光滑平整,表面粗糙度通常低于电解铜箔,这使得它在高频信号传输时能有效减少信号反射和损耗,更适合用于高频、高速PCB以及柔性电路板的制造。在柔性电子设备,如折叠屏手机、可穿戴设备中,压延铜箔凭借其出色的柔韧性,能够满足电路板反复弯折的需求,保证电路的稳定性和可靠性。
但压延铜箔的生产工艺复杂,生产周期长,设备投资大,导致其成本较高,限制了它在一些对成本敏感的PCB产品中的应用。
通常将厚度大于105μm的铜箔称为厚铜箔。厚铜箔具有较高的载流能力,能够承受较大的电流,适用于大功率电源电路、汽车电子中的动力电池管理系统、工业控制设备中的功率模块等需要传输大电流的PCB场景。在这些应用中,厚铜箔可以有效降低线路电阻,减少发热,提高电路的可靠性和稳定性。此外,厚铜箔还具有较好的机械强度,能够增强PCB的刚性,适用于对机械性能要求较高的产品。
厚度在18μm至105μm之间的铜箔属于常规厚度铜箔,这也是PCB制造中最常用的铜箔厚度范围。常规厚度铜箔兼顾了电气性能、机械性能和成本,可满足大多数普通电子产品,如消费类电子、通信设备、安防监控设备等对PCB的需求。例如,在智能手机、笔记本电脑的PCB中,常采用18μm或35μm的铜箔,既能保证信号的有效传输,又能控制成本和电路板的厚度。
厚度小于18μm的铜箔称为薄铜箔,其中厚度小于9μm的则被视为超薄铜箔。随着电子产品向小型化、高密度化发展,对PCB的布线密度和信号传输速度要求越来越高,薄铜箔和超薄铜箔的应用日益广泛。它们能够实现更细的线宽线距,提高PCB的布线密度,满足小型化电子设备的需求。同时,薄铜箔和超薄铜箔的表面粗糙度更低,在高频、高速信号传输中具有更好的性能表现,常用于高端智能手机、服务器主板、高速通信设备等对信号完整性要求极高的PCB制造。不过,薄铜箔和超薄铜箔的加工难度较大,对生产工艺和设备要求更高,且在生产过程中容易出现撕裂、褶皱等问题,需要更严格的质量控制。
光面铜箔表面未经特殊处理,呈现出铜的自然光泽,表面光滑平整。这种铜箔主要用于对表面质量要求较高、不需要与基板进行特殊粘结的场合,如一些特殊的装饰性电路板或对信号传输质量要求极高且采用特殊粘结工艺的PCB。光面铜箔的优点是表面粗糙度低,信号传输损耗小,但由于其表面活性较低,与绝缘基板的结合力相对较弱,需要配合高性能的粘结材料或特殊的工艺处理来确保结合强度。
粗化铜箔是通过在铜箔表面进行电化学处理或化学处理,形成一层粗糙的微观结构。这种粗糙表面能够显著增加铜箔与绝缘基板之间的接触面积,提高二者的结合力,防止在PCB制造过程中或使用过程中出现铜箔剥离的现象。粗化铜箔是PCB制造中最常用的表面处理类型,广泛应用于各种类型的PCB生产,尤其是多层PCB和需要进行层压工艺的电路板。根据粗化工艺和程度的不同,粗化铜箔还可进一步细分,以满足不同应用场景对结合力和表面性能的要求。
防氧化铜箔是在铜箔表面通过化学镀膜或电镀等方式,覆盖一层具有防氧化性能的薄膜,如有机防氧化膜、镍磷合金镀层等。这层薄膜能够有效隔绝铜箔与空气的接触,防止铜箔在储存和加工过程中发生氧化,影响其电气性能和可焊性。防氧化铜箔常用于对储存时间较长或对铜箔表面质量稳定性要求较高的场合,如出口产品的PCB制造,确保铜箔在运输和储存过程中保持良好的性能状态。
刚性PCB是最常见的PCB类型,广泛应用于各类电子产品中。刚性PCB用铜箔根据产品的性能需求和成本预算,可选择不同生产工艺、厚度和表面处理工艺的铜箔。对于普通消费类电子产品,通常采用成本较低的电解铜箔,厚度在18μm-35μm之间;而对于高性能的服务器主板、通信基站设备等,可能会选用表面粗糙度低、信号传输性能好的双面光电解铜箔或压延铜箔,以满足高频、高速信号传输的要求。
柔性PCB(FPC)具有可弯曲、折叠、轻薄等特点,在电子设备的小型化和柔性化设计中发挥着重要作用。柔性PCB用铜箔主要以压延铜箔为主,因其优异的柔韧性和耐弯折性能,能够适应FPC在不同应用场景下的弯曲需求。此外,为了进一步提高FPC的柔韧性和可靠性,还会采用一些特殊的处理工艺,如对压延铜箔进行退火处理或表面改性处理,以降低铜箔的硬度,提高其柔韧性和抗疲劳性能。
随着5G通信、数据中心、人工智能等技术的快速发展,对高频高速PCB的需求日益增长。高频高速PCB用铜箔要求具有极低的表面粗糙度、良好的信号传输性能和稳定的电气性能。因此,通常会选用表面粗糙度低的双面光电解铜箔或压延铜箔,并采用特殊的表面处理工艺,如降低铜箔表面的轮廓度、优化铜箔的晶体结构等,以减少信号传输过程中的损耗和失真,满足高频高速信号传输的严格要求。
PCB用铜箔的分类丰富多样,每种类型的铜箔都有其独特的性能特点和适用范围。在PCB的设计与制造过程中,需要综合考虑产品的性能要求、成本预算、应用场景等因素,合理选择合适的铜箔类型,以确保PCB能够满足电子产品的功能需求,同时实现成本与性能的更佳平衡。
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