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A ficha de especificação da fita de folha de cobre de um único condutor geralmente gira em torno de três números: resistência à superfície ≤ 0,05 Ω/m2, resistência ao contato ≤ 0,05 Ω/polgada ² e eficácia do escudo 55-88 dB (100 MHz – 1 GHz). Em cenários como fundamento de energia, descarga de ESD e escudo de baixa frequência, esses três números podem basicamente responder à questão de "se pode ser usado".
Mas quando esta fita foi colocada no caminho de retorno do canal SerDes de alta velocidade ou ligada ao interior da cavidade de escudo do módulo radar de 77 GHz, a situação mudou. Quando a frequência do sinal excede GHz, a corrente já não é uniformemente distribuída na seção cruzada da fólia de cobre, mas é apertada para uma camada muito fina na superfície pelo efeito cutâneo. Neste ponto, as undulações microscópicas na superfície da folha de cobre já não são apenas "detalhes de aparência", mas se tornaram o terreno que a corrente deve atravessar; A constante dielétrica da camada adesiva já não é propriedade da camada de isolamento, mas tornou-se parte da impedância da linha de transmissão; O comprimento e a forma do circuito de fundo já não são um "problema de disposição mecânica", mas determinam diretamente o tamanho da indução parasitária. Em outras palavras, em cenários de baixa frequência, uma fita de folha de cobre condutiva é um "componente condutivo"; Em cenários de alta frequência, é um componente de interconexão passiva. Para avaliar seu sistema de coordenadas, é necessário mudar da resistência DC para perda de inserção, impedância característica e indutância do caminho de retorno.
A primeira fonte de perda de alta frequência: o efeito cutâneo transforma a rugosidade da superfície em resistência sérica
A corrente direta flui uniformemente através de toda a seção cruzada da fólia de cobre, e a resistência em grande parte do cobre determina tudo. Após a frequência aumentar, a profundidade da pele diminui inversamente com a raiz quadrada da frequência. A 1 GHz, a profundidade da pele do cobre é de cerca de 2,1 μm; Ao 10 GHz, ele diminuiu para o nível de sub-microns. Quando a profundidade da pele é menor que as flutuações do vale máximo na superfície da fólia de cobre, o caminho real através do qual o fluxo corrente já não é uma linha geométrica reta, mas "arrasta" ao longo do contorno da superfície bruta. O caminho fica mais longo, a resistência equivalente aumenta, e a perda de inserção aumenta em consequência.
A magnitude desse efeito não pode ser ignorada na banda de frequência de ondas de milímetros. Os dados de pesquisa mostram que, a 10 GHz, as perdas causadas por superfícies brutas podem ser mais de 20% maiores que as causadas por superfícies lissas. Para aplicações de terreno e escudo de radar de 77 GHz ou interfaces de SerDes de alta velocidade, essa diferença é suficiente para afetar o or çamento de integridade dos sinais.
A escolha do processo de fólia de cobre determina diretamente o ponto de partida da rugosidade. A rugosidade da superfície da fólia de cobre eletrolítica padrão é relativamente alta, com um valor típico RMS de cerca de 2,2 μm; A rugosidade da superfície de folha de cobre rolada pode ser controlada a nível de 0,3 μm, e o Rz pode ser inferior a 1 μm. No teste de perda de transmissão, a fólia de cobre eletrolítica com Ra 0,93 μm teve uma perda de aproximadamente -35,0 dB, enquanto a fólia de cobre rolada com Ra 0,14 μm teve perda significativamente menor. Houve uma correlação mensurável entre rugosidade e perda de inserção. Na banda de frequência de 30 GHz, a eficácia de escudo da cinta utilizando folha de cobre rolada de baixa rugosidade pode ser 12-15 dB maior que a de folha de alumínio comum.
Para uma fita de folha de cobre de um único condutor, isso significa que se somente a resistência da superfície DC e a eficácia do escudo abaixo de 1 GHz forem consideradas durante a seleção, a perda de inserção da fita na banda de frequências acima de 10 GHz pode ser muito maior do que esperado, e essa perda não desaparecerá devido ao processo de colocação "direito". É uma propriedade inerente da morfologia da superfície da fólia de cobre e só pode ser gerida através da seleção de substratos de baixa rugosidade.
A segunda fonte de perda de alta frequência: as propriedades dielétricas da camada adesiva participam na formação de impedância
A superfície adesiva de uma fita condutiva é isolada, mas isso não significa que a camada adesiva seja "eletricamente transparente" em altas frequências. A camada adesiva serve como camada dielétrica entre a fólia de cobre e o substrato a aderir, e sua constante dielétrica Dk e fator de perda Df podem afetar a capacitância parasitária perto da estrutura de fundo, mudando assim a impedência característica da linha de transmissão.
Em cenários de baixa frequência, as propriedades dielétricas da camada adesiva quase não têm efeito na "condução" porque a corrente não passa pela camada adesiva. Mas em cenários de alta frequência, mesmo que a camada adesiva não seja condutiva, ela ainda participa na distribuição de campos eletromagnéticos. A flutuação da camada adesiva Dk modulará a capacidade equivalente da linha de transmissão, e o aumento de Df introduzirá perdas dielétricas adicionais. Os produtos fronteiriços controlam a flutuação dielétrica de alta frequência da camada adesiva dentro de 5% otimizando o sistema de resina e a dispersão de preenchimento, mas esse indicador geralmente não é fornecido nas especificações da fita condutiva única comum.
Isso significa que a perda de inserção real de uma fita de fólia de cobre condutiva em alta frequência é o resultado do efeito combinado de "rugosidade da superfície da fólia de cobre" e "propriedades dielétricas de camada adesiva". Optimizar apenas um deles não é suficiente para controlar o desempenho geral. Ao selecionar, os fornecedores devem ser obrigados a fornecer dados de perda de inserção ou de camada adesiva Dk/Df na banda de frequência alvo, em vez de apenas fornecer resistência DC e efetividade de escudo de baixa frequência.
Inductância parasitica do circuito de fundo: outra restrição da estrutura de um único condutor em altas frequências
A condutividade da fita condutiva só ocorre na interface de ligação entre a superfície da fólia de cobre e a área de cobre exposta, e a camada adesiva não fornece um caminho de eixo Z. No terreno de baixa frequência, a consequência dessa restrição é que a superfície adesiva não se conduz quando ligada ao metal; No terreno de alta frequência, as consequências vão mais longe: o comprimento e a forma do caminho de terreno determinam diretamente a inducção parasitária, e a impedência da inducção parasitária em altas frequências pode ser muito maior que a resistência ao contato DC.
A corrente de refluxo de circuitos de alta frequência tende a fluir ao longo do caminho com a menor impedância, em vez do caminho "geometricamente mais próximo". Se o caminho de fundo de uma única fita condutiva precisa ser circunscrito, ou se a área de contato entre a fólia de cobre e o plano fundo não for suficiente, a indutância parasitária do caminho de retorno aumentará significativamente, e a impedência de fundo aumentará significativamente na faixa de alta frequência. Neste ponto, mesmo que a resistência ao contato DC ainda seja qualificada, o fundamento de alta frequência da cavidade de escudo falhou. Portanto, na avaliação da capacidade de fundamento de uma fita de folha de cobre condutiva em cenários de alta frequência, não é suficiente apenas ver se ela está ligada, mas também confirmar se o comprimento do caminho de fundamento é o mais curto possível e se a área de refluxo é grande o suficiente. Para situações que requerem ponte ou dobramento, uma fita condutiva única pode alcançar o fundamento dobrando a fólia de cobre para fazer contato entre as superfícies da fólia de cobre. No entanto, a consistência da construção é muito menor que a de fita dupla condutiva, e são necessárias medidas adicionais de compressão e verificação na engenharia.
degradação a longo prazo: perda de alta frequência e impedência de contato são dois canais independentes de atenuação
A perda de inserção de alta frequência e a eficácia do escudo medida durante a instalação inicial de uma fita de folha de cobre não podem representar o estado durante sua vida de serviço. A perda de alta frequência é principalmente determinada pela rugosidade da superfície da folha de cobre e pelas propriedades dielétricas da camada adesiva, que são basicamente fixadas após seleção de material; E a impedância de contato irá desviar com o envelhecimento da camada adesiva e mudanças no estado da interface.
Um estudo sobre cinta condutiva armazenada a 110 ° C proporcionou um caminho de degradação claro: como caminho de retorno do sinal em linhas de microfaixas, a cinta aumentou significativamente tanto a resistência ao contato quanto a capacidade de contato após 2400 horas de armazenamento de alta temperatura, resultando em uma diminuição de 30 dB na eficácia do escudo de campo magnético abaixo de 500 MHz. A degradação ocorreu na interface entre a camada adesiva e o plano de terra, em vez da própria fólia de cobre, dificultando a captura através da inspeção visual e da amostra
Este ponto de dados revela um modo de fracasso que não pode ser detectado durante a inspecção de material entrante à temperatura ambiente. 2400 horas é aproximadamente equivalente ao trabalho contínuo a 110 °C por 100 dias, ou um tempo de serviço mais longo calculado com base no ciclo de temperatura. Esses níveis de exposição térmica não são pouco comuns na eletrônica automotiva, unidades de estação de base RF e equipamento industrial. Quando a resistência ao contato aumenta e a capacidade de contato aumenta, o fundamento da cavidade de escudo já não é baixa impedência, e correntes de alta frequência não podem encontrar um caminho de retorno suave, resultando em uma diminuição da eficácia do escudo. Para uma fita condutiva única, o envelhecimento da camada adesiva também pode afetar a pressão de contato entre a superfície da fólia de cobre e a área de cobre exposta. Os adesivos sensíveis à pressão softem ou se arrastam sob alta temperatura contínua, reduzindo a área de contato efetiva e aumentando a resistência ao contato.
Juízo de seleção baseado no controle da impedância
Primeiro, seleccione o processo de fólia de cobre baseado na banda de frequência alvo, em vez de escolher baseado se é cobre ou não
Se a frequência operacional do cenário de aplicação for inferior a 1 GHz, a influência da rugosidade da fólia eletrolítica de cobre na eficácia do escudo é relativamente limitada, e custo e processabilidade podem ser considerações mais práticas. Se o caminho de aterragem ou escudo envolver sinais acima de 3 GHz, especialmente na banda de frequência de ondas de milímetros, deve ser dada preferência ao uso de fólia de cobre rolada ou fólia de cobre ultra-baixo perfil (HVPP/RTF), e os fornecedores devem ser obrigados a fornecer dados sobre perda de inserção ou rugosidade da superfície (Rz/Ra) na banda de frequência alvo, em vez de apenas fornecer resistência DC e efetividade de escudo de baixa frequência.
Em segundo lugar, incorporar as propriedades dielétricas da camada adesiva na seleção de alta frequência, em vez de tratar como uma "camada adesiva não condutiva"
Os fornecedores são obrigados a fornecer dados Dk e Df da camada adesiva na banda de frequência alvo (como 1-40 GHz), ou ao menos fornecer a curva de perda de inserção medida da estrutura que contém a camada adesiva. Se o fornecedor só pode proporcionar a resistência superficial da própria fólia de cobre, sua capacidade de prever impedância de alta frequência é limitada. Produtos com flutuações dielétricas controlados dentro de 5% da camada adesiva têm melhor consistência de impedência do que fitas convencionais que não foram otimizadas.
Em terceiro lugar, em cenários de fundamento de alta frequência, a "indução do caminho de refluxo" deve ser usada como um termo de verificação independente, em vez de assumir "baixa impedência quando acompanhada"
O caminho de fundo deve ser o mais curto possível para evitar desvios; A área de contato entre a fólia de cobre e o plano terrestre deve ser grande o suficiente para reduzir a indução parasitária. Para situações em que é necessário pontar ou dobrar, a consistência da construção de uma fita de condutor único é menor que a de uma fita de condutor duplo. O efeito real deve ser confirmado através de testes de parâmetro S ou testes de impedência de fundo durante o estágio da amostra, em vez de depender exclusivamente do julgamento DC on-off.
Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd.A linha de produto de fita de cobre condutiva única abrange fólia de cobre eletrolítica e substratos de fólia de cobre rolada, fornecendo opções para diferentes níveis de rugosidade da superfície de acordo com a faixa de frequência alvo. A resistência da superfície da superfície da fólia de cobre é controlada a nível de ≤ 0,05 Ω/m2.
O produto pode fornecer dados sobre a constante dielétrica e o fator de perda da camada adesiva na banda de frequência alvo, suportar a medição e avaliação de amostras de perda de inserção de alta frequência, e fornecer forma de corte de morte e sugestões de processo de montagem baseadas no design de caminho de fundo. Adequado para o escudo local da FPC, o fundamento da cavidade de escudo e cenários de rota de retorno da interface digital de alta velocidade. Para mais informação técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.