迎接高頻高速物聯網時代—銅箔產業因應之道(上)

刊登日期:2014/10/21
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前言
銅箔材料有相當多的厚度及規格可選,但是他們的物理性質不盡相同,如何正確的選用適當的銅箔材料,就必須對其物理特性及應用場合有所了解。銅箔的製造方法主要有壓延法及電解法,銅箔的製造技術是極複雜的技術,壓延與電解銅箔特性的比較可歸納如表一。

表一、壓延銅箔與電解銅箔特性比較

壓延銅箔的生產流程是將銅塊投注於加熱爐加熱後,經熱間壓延機滾輪多道壓延後,再將表層的銅層剃除,並經冷間壓延初期輾壓後,經連續酸洗、燒鈍製程,即可獲得粗壓延銅,再經精密壓延至所需的厚度,目前壓延銅箔最大寬幅為 850 mm。

壓延銅箔結晶屬片狀組織,晶體結構較為緻密,與電解銅箔的柱狀結晶截然不同,因此壓延銅箔具優良的機械特性,對需要往復撓曲或搖擺的產品建議使用壓延銅箔,除了考量機械特性外,壓延銅箔因具較平坦的表面(粗糙度 Rz小於1 μm)對細線路的成形與高頻的應用亦有助益。

電解銅箔製造流程主要分為生箔段及處理段,生箔段製程主要決定銅箔的機械性質與粗糙度,貼在鈦筒表面的那面一般稱為亮面(Shiny Side),因銅箔亮面緊貼在鈦筒,因此鈦筒表面研磨就非常的重要。另一面與電解液接觸,其外觀較無光澤(不加光澤劑),其表面在顯微鏡下呈現山形結構,一般稱之為銅箔毛面(Matte Side)。

生箔於製造過程藉由銅濃度、硫酸濃度、添加劑、溫度、流速、電流密度等,控制生箔段的機械性質,如抗張力( Tensile Strength )、伸長率( Elongation )、粗糙度( Roughness )、表面山形、結晶形態及晶粒大小等,生箔的機械特性可依後段需求做調整,如傳統銅箔、高延伸率銅箔、高撓曲性銅箔、雙光澤銅箔、超低粗糙度銅箔等,不同特性的銅箔主要取決於各家銅箔廠的配方(添加劑)或製程條件上的差異。後段的表面處理包括脫脂(壓延銅箔)、酸微蝕、粗化、抗熱層、抗蝕層、矽烷界面耦合劑塗佈等步驟,主要提高銅箔與介電材料的接著性及耐熱、耐化特性。

超低粗糙度銅箔的發展現況
銅箔材料在過去的定位僅為電路板各元件間的導通材料,其厚度、表面粗糙度、機械性質等也僅因應用方面不同而有所差異,但隨著傳輸速率需求及相應產品規格的逐年提高,銅箔材料扮演的角色逐漸產生變化。電解銅在應用上依不同處理方式而有其他各式的產品,如一般銅箔、電阻箔( Resistive Copper )及反轉銅箔( Reverse Treated Foil )。

在粗糙度的量測方面,傳統銅箔廠所使用的粗糙度量測儀多為接觸式量測,一般來說,其探頭直徑有 5 μm及 2 μm可選用,但此法屬破壞性檢測,且對於 Rz小於 2 μm的銅箔,其量測數值的意義不大,現行較精確的方法是以非破壞性的光學方式量測,如白光干涉儀、掃描式光學輪廓儀等,其可獲得銅箔表面 3D結構,並依其訊息計算出  Rz、Rq ( Root-mean-squared Roughness;RRMS )等數據。

銅箔粗糙度與訊號損失的關聯
集膚效應的存在,使得具超低粗糙度的導體表面對高頻高速訊號傳輸應用來說非常關鍵,以下對銅箔粗糙度與訊號損失方面常見的 Model 進行說明。
1. 集膚效應
集膚效應( Skin Effect )是指導體中有交流電或交變電磁場時,導體內的電流會集中在導體的表面,而導體的中心部分幾乎沒有電流流過的現象,如……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文

作者:陳振榕、邱秋燕/工研院材化所,陳盟升、賴信助/工研院電光所,張致吉/工研院產經中心
本文節錄自「工業材料雜誌334期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=17160


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