高速PCB的铜箔选用指南—外层避坑设计

edadoc2013

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。