Folhas de cobre para materiais de circuito de alta frequência

Descrição de produto

Folhas de cobre para materiais de circuito de alta frequência – Guia de seleção para projeto de PCB de baixa perda

 

P: Por que a seleção da folha de cobre é importante para PCBs de alta frequência?

R: A rugosidade da superfície da folha de cobre é um fator crítico que afeta a integridade do sinal em projetos de alta frequência, especialmente acima de 1 GHz. A rugosidade força a corrente de alta frequência - que se concentra perto da superfície do condutor devido ao efeito pelicular - a percorrer um caminho efetivo mais longo, convertendo energia eletromagnética em calor e aumentando a perda de inserção.

 

Em frequências de ondas milimétricas, a folha eletrodepositada (ED) padrão pode dobrar ou triplicar a perda do condutor em comparação com as folhas lisas. Para sua PCB híbrida de 6 camadas combinando RO4350B (camadas de RF) e IT-180A (camadas de núcleo), selecionar a folha de cobre correta é essencial para obter o desempenho de baixa perda necessário para aplicações 5G e de micro-ondas.

 

 

1. Fabricação de folha de cobre – ED vs.

As folhas de cobre para laminados de PCB são fabricadas por meio de dois processos fundamentalmente diferentes, resultando em características de superfície e desempenho elétrico distintos.

 

Cobre Eletrodepositado (ED)

No processo ED, o cobre é depositado eletroquimicamente em um tambor rotativo de titânio a partir de uma solução de sulfato de cobre. O lado do tambor (liso) fica voltado para o dielétrico, enquanto o lado fosco (áspero) fica voltado para fora. O lado fosco passa por tratamento adicional para aumentar a adesão.

 

Estrutura Cristalina:Os cristais de cobre ED crescem longitudinalmente no eixo Z da folha, formando uma estrutura de "cerca de estacas" com longos limites de cristal perpendiculares ao plano da folha.

 

Rugosidade:As folhas ED normalmente têm maior rugosidade superficial (Rz = 5–12 µm) em comparação com o cobre laminado, com o lado tratado sendo significativamente mais áspero do que o lado do tambor.

 

Vantagem:Menor custo e maior disponibilidade.

 

 

Cobre laminado

O cobre laminado é produzido por sucessivas operações de laminação a frio para reduzir espessura, a partir de um tarugo de cobre puro. A suavidade da superfície depende das condições do laminador.

 

Estrutura Cristalina:Os cristais de cobre laminados são quebrados e esmagados durante a laminação a frio, resultando em formas esféricas menores, irregulares e alinhadas quase paralelamente ao plano da folha.

 

Rugosidade:O cobre laminado é normalmente o tipo de folha de cobre mais liso, com perfil muito baixo (Rz <3 µm).

 

Vantagem:Superior para aplicações de alta frequência devido à superfície lisa e excelente alongamento.

 

 

2. Rugosidade do Cobre – O Mecanismo Chave de Perda

Em CC, a corrente se distribui uniformemente pela seção transversal do condutor. À medida que a frequência aumenta, a corrente se aglomera em direção à superfície do condutor.

 

A profundidade da pele δ é:

δ = 1 / √(π·f·µ·σ)

A 10 GHz em cobre, δ ≈ 0,66 µm.

 

Relação rugosidade/profundidade da pele

O parâmetro crítico é a relação entre a rugosidade RMS e a profundidade da pele (Rrms/δ). À medida que a frequência aumenta e a profundidade da pele diminui, a rugosidade torna-se proporcionalmente maior:

Razão (Rrms/δ)	Impacto na perda
<0,1	Efeito insignificante (<2% de perda adicional)
0,1 a 1,0	Impacto moderado (10–50% de perda adicional)
> 1,0	Impacto severo (50–100%+ perda adicional)

 

Para padrãoFolha ED (Rrms ≈ 3–4 µm), a proporção excede 1,0 acima de ~5 GHz – precisamente a faixa operacional dos modernos sistemas 5G e de ondas milimétricas.

 

O modelo Hall-Huray

As comunidades IPC e IEEE adotaram o modelo "bola de neve" de Huray como o fator de correção de rugosidade fisicamente mais preciso. Ao contrário do modelo Hammerstad mais antigo (que satura com um fator de correção de 2×), o modelo Huray representa a superfície rugosa como uma coleção de saliências esféricas e prevê com precisão fatores de perda de rugosidade de 2,5–3,5× em frequências de ondas milimétricas para folhas padrão.

 

 

3. Medições de rugosidade da folha de cobre

Rogers usa interferometria de luz branca para caracterizar a rugosidade da folha de cobre, reportando o perfil Sq (RMS). Estudos mostram que o perfil lateral tratado se correlaciona melhor com as perdas do condutor.

 

Valores típicos de rugosidade por tipo de folha

Tipo de folha	Peso	Lado dielétrico quadrado (µm)	Lado Superior Quadrado (µm)	Produtos
Enrolado	1 onça	0,4	0,3	RT/duróide, RO3003, RO3035, 6202
Enrolado	½ onça	0,4	0,3	Igual ao acima
DE (RO4350B)	1 onça	3.2	0,4	RO4350B, RO4003C, RO4360G2
DE (RO4350B)	½ onça	2.8	0,4	RO4350B, RO4003C
LoPro®	1 onça	0,9	1.3	RO4003C, RO4350B, RO4835
LoPro®	½ onça	0,9	0,8	RO4003C, RO4350B, RO4835
ED baixo perfil RT	1 onça	1	1.3	CLTE, DiClad, IsoClad
ED baixo perfil RT	½ onça	1	0,8	CLTE, DiClad, IsoClad

 

Fonte: Folha de dados de folhas de cobre da Rogers Corporation

Insight principal: A rugosidade do lado dielétrico (a superfície ligada ao laminado) é o principal contribuinte para a perda do condutor. O cobre laminado (Sq = 0,4 µm) oferece a superfície mais lisa, enquanto a folha ED padrão no RO4350B (Sq = 2,8–3,2 µm) tem rugosidade significativamente maior.

 

 

4. Considerações sobre folha de empilhamento híbrido

Sua placa de 6 camadas usa umRO4350B + IT-180A híbridoempilhamento:

 

Vias cegas (L1-L2, L3-L6)e o revestimento de bordas adicionam ainda mais complexidade – exigindo controle preciso dos parâmetros de revestimento e preparação da superfície.

 

Tabela de comparação – Opções de folha de cobre para PCBs de alta frequência

Propriedade	ED padrão	Cobre laminado	LoPro®	HVLP
Rugosidade (Quadrado)	2,8–3,2 µm	0,3–0,4 µm	0,9 µm	0,6–1,2 µm
Rugosidade (Rz)	8–12 µm	< 3 µm	3–5 µm	1,5–3 µm
Perda de inserção a 10 GHz	Alto	Muito baixo	Baixo	Muito baixo
Resistência ao choque térmico	Moderado	Excelente	Bom	Bom
Força de casca	Maior (mais áspero = melhor adesão)	Mais baixo	Moderado	Moderado
Custo	Baixo	Alto	Meio	Alto
Uso primário	RF geral, sensível ao custo	Aeroespacial, térmica extrema	Digital de alta frequência, mmWave	SerDes 25G–112G, onda milimétrica

 

 

 

Áreas de aplicação

• Radar Automotivo (77 GHz)
• RF de alta potência
• Aeroespacial / Defesa
• Antenas Phased Array
• Digital de alta velocidade (56G/112G PAM4)

 

 

Q1: Por que o cobre laminado tem melhor resistência ao choque térmico do que o cobre ED?

R: O cobre laminado tem melhor alongamento elástico antes de atingir a deformação permanente. O cobre ED pode apresentar trincas por tensão sob ciclos térmicos rápidos em condutores estreitos.

 

 

P2: O que é a folha LoPro® e quando devo usá-la?
R: LoPro® é a folha de cobre de baixo perfil da Rogers com uma superfície lisa (Sq = 0,9 µm). Está disponível em materiais da série RO4000 e reduz significativamente a perda de inserção em altas frequências em comparação com a folha ED padrão.

 

 

Q3: Qual folha é recomendada para minha placa híbrida RO4350B + IT-180A?
R: Para as camadas externas do RO4350B (RF crítica), recomendamos LoPro® ou cobre laminado para minimizar a perda de inserção. Para as camadas principais do IT-180A (energia/terra), o cobre ED padrão é suficiente.

 

 

Q4: A seleção da folha afeta o controle de impedância?
R: Sim. Maior rugosidade aumenta a constante dielétrica efetiva, o que pode alterar a impedância em vários ohms. Isto deve ser contabilizado em sua calculadora de impedância.

 

 

Contate-nos

Como fornecedor especializado de PCB, oferecemos orientação abrangente de seleção de folhas de cobre para projetos de alta frequência. Trabalhamos com todos os principais tipos de folhas e podemos ajudá-lo a selecionar a opção ideal para sua aplicação específica.

 

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