铜表面轮廓有序调控及其在高频高速PCB的应用解析

铜表面轮廓有序调控及其在高频高速PCB的应用解析

胡先钦

鹏鼎控股（深圳）股份有限公司

广东省深圳市518000

【摘要】目前，铜表面轮廓有序调控技术是对铜进行化学镀的主要手段，该技术通过控制电镀过程中的溶液成分及其他参数，来实现对铜表面的厚度进行控制。并且，通过控制电镀溶液成分及其它参数，可实现在基材上镀出不同厚度的铜层，从而满足不同的应用要求。然而在PCB生产中，经常会遇到铜镀层存在问题，导致其无法正常应用。为此，本文将针对如何降低铜表面轮廓引起的粗糙度，且能够满足铜与非金属介质的结合力展开深入研究。

【关键词】铜表面轮廓有序调控；高频高速PCB；应用解析

随着科技的发展和对电子设备小型化、性能优化的追求，高频高速印刷线路板（PCB）越来越受到重视。但是，由于高频高速PCB在制作生产过程中，很容易受到铜表面轮廓因素的影响，从而导致信号传输弱，精度不达标等情况发生。然而，要想解决这些问题铜表面轮廓有序调控在其中起到了重要作用，通过对铜表面轮廓有序调整，不仅能够提高高制版精准度，同时还能进一步提高PCB的生产效率。所以，当前如何实施铜表面轮廓有序调控尤为关键。

一、铜表面轮廓有序调控基本原理

铜表面轮廓有序调控的基本原理涉及到表面修饰、压力控制和温度控制等多个方面。其主要目的是通过有序和精确的控制铜表面的形状、纹理和化学组成，来实现所需的物理和化学性质。首先，对于表面形状的调控，通常采用物理或化学方法来进行。例如，物理蚀刻是通过物理冲击（如离子束）来移除表面的材料，从而改变表面形状；化学蚀刻则是通过化学溶剂来溶解表面的材料，也能实现形状调控。此外，还有电化学腐蚀、光刻术等方法。然后，对于表面纹理的调控，最常见的是采用热处理和机械处理技术。热处理可以通过加热冷却过程改变材料的微观结构和物理性质，从而调节其表面纹理；机械处理则是通过物理剪切或研磨来改变表面纹理。至于表面化学组成的调控，一般采用表面修饰技术，例如通过自组装单分子层技术在铜表面引入具有特定功能的化学基团。这样既可以实现对表面化学性质的调控，也能改变表面的湿润性、透明性等性质。最后，对于压力和温度的控制，这二者经常被同时应用于各种制程中，因为它们对材料的形状、纹理和化学组成都会产生影响。例如，压力可以影响物理、化学蚀刻的速率和深度，而温度则可以影响热处理和自组装过程。总的来说，铜表面轮廓有序调控的基本原理就是通过对这些因素的精细控制，来实现对铜表面的全方位调控，以满足各种应用需求[1]。

二、铜表面轮廓有序调控对 PCB板加工精度和信号传输质量的影响

对于 PCB来说，其最重要的功能是实现电子设备与外部世界的信息传递，而在这些信息传递中，信号传输是核心。信号的传输质量取决于 PCB板的信号完整性，它直接影响到电路板上各种器件的性能。在信号传输过程中，会受到各种因素影响。如产生干扰、噪声的根本原因是铜箔表面轮廓不整齐，导致在铜箔上存在大量的孔洞和不连续面。如果这些孔洞或不连续面不能及时得到有效控制，就会使电磁辐射加大，引起信号传输质量下降。并且，在高频高速电路中，信号传输对 PCB板的加工精度、信号完整性要求非常严格。如果当铜箔上有很多孔洞或不连续面时，铜箔上就会产生很多反射，导致 PCB板的加工精度下降。同时PCB板是在高速高电压下工作，如果铜箔表面轮廓不整齐还会导致反射增加。另外，由于铜箔表面轮廓不整齐还会导致铜箔之间或铜箔和绝缘层之间发生串扰或干扰等问题。上述这些问题都会严重影响 PCB板的加工精度和信号传输质量。

三、高频高速PCB中铜表面粗糙度有序调控实践策略

（一）合理的选择添加剂

为了控制铜的表面粗糙度，就要在电镀液中添加多种添加剂，但这些添加剂都有各自的特点，在电镀过程中会产生不同的作用效果。如果这些添加剂的作用效果相互叠加，就会起到增强的作用，从而使铜表面粗糙度得到改善。以下几种是常见的添加剂。一种添加剂是络合剂，如柠檬酸络合离子等。在电镀过程中，这些络合剂会在铜箔表面形成一层覆盖层，从而减少了铜表面粗糙度。但是这些络合剂与铜箔表面发生化学反应后，会造成铜箔表面的粗糙度增大。另一种添加剂是抑制剂，如二硼酸钠、氟化钠等。这些添加剂可以与铜箔表面发生反应形成致密的结构，从而减少铜表面粗糙度。但是这些添加剂会产生一定的副作用，如抑制剂对铜箔有一定的腐蚀作用，在电镀过程中会产生杂质颗粒，这些杂质颗粒会使铜箔表面粗糙度增大。最后一种添加剂是助镀剂，如二胺、三胺、四胺等。从以上可以看出，选择合适的添加剂和适当的电镀工艺参数能够有效地调控铜箔表面粗糙度。在实际生产中，要通过改变添加剂和电镀工艺参数来实现对铜箔表面粗糙度有序调控。

为了改善铜箔表面的粗糙度，业界在电镀前通常会采用适当的方法对铜箔表面进行预处理。目前，业界较为流行的处理方法主要有两种：去离子水清洗和有机溶剂清洗。首先，应用去离子水清洗

来有效地去除铜箔表面的氧化膜，但这一过程中并不能有效地去除铜箔表面的油脂类物质。但是有机溶剂清洗可以去除铜箔表面的油脂类物质，但它会在铜表面形成一层薄膜，导致铜表面粗糙度增大。然而要想解决这一出现的问题，就可以通过添加少量化学添加剂来进行处理。例如，在电镀液中添加少量的酸性添加剂（如 NaCl、FeCl3等）和碱性添加剂（如Na2CO3、 KOH等）。在这种情况下，有机溶剂的溶解过程会使铜离子产生扩散迁移现象，随之这一层薄膜也会随之变薄。可见，将这两种方法有机的融合在一起，可以较好的控制铜表面粗糙度。

（二）采用合理的铜厚度。

铜厚度是一个重要的参数。它不仅影响PCB的性能，也直接决定了产品的质量和稳定性。不合理的铜厚度可能会引起信号传输的衰减，噪音干扰等问题，因此，选择适当的铜厚度是非常关键的。为此，要根据电路板上的信号频率选择恰当的铜厚度。高频信号在电路板中传播更加依赖于表面，而低频信号则会更多地穿透到内部，这就要求在设计高频高速PCB时，应尽量选择较厚的铜层。这样可以提高信号的保真度，减小信号的损耗。其次，还需考虑到经济因素。铜厚度越大，制作成本就会越高，因此，在保证电路板性能的前提下，应尽量选择合适的铜厚度，以减少制造成本。此外，还需要考虑PCB的散热情况。铜层的厚度越厚，散热性能就越好，这对于高功率、高速度的电路板来说是非常重要的。总结来说，在设计高频高速PCB时，需要充分考虑信号频率、成本和散热等因素，选择最合理的铜厚度。要做到既不能过厚导致不必要的制造成本增加，也不能过薄影响信号质量和散热效果。只有这样，才能设计出性能优良、稳定可靠的高频高速PCB。

（三）控制好铜表面粗糙度与蚀刻深度之间的线性关系

在设计和制造高频高速的PCB时，铜表面的粗糙度和蚀刻深度是两个主要考虑的重要参数。它们之间的关系直接影响到信号的传输质量和稳定性，因此必须仔细控制。首先，铜表面的粗糙度对信号的传播会产生较大影响。因此，在设计飞线时，要尽量保证铜表面的平滑以减少损耗。其次，蚀刻深度也要做好把控。不同的蚀刻深度，会影响到金属与基材的连接强度，以及PCB的机械性能。如蚀刻深度过深，则可能会导致线路脱落，而蚀刻深度不足，则可能影响导电性能。因此，在设计和制造PCB时，需要对铜表面的粗糙度和蚀刻深度进行严格的控制，选择合适的蚀刻剂，调整蚀刻过程的时间和温度等条件，以保证它们的线性关系恰当，并达到理想的性能指标。另外，还可以利用后期的表面处理工艺，比如抛光、电镀等，来进一步优化铜表面的粗糙度[2]。

结束语

综上所述，随着电子产品的不断发展，高频高速PCB板的设计也越来越趋向于多层、高密度、高速度和高可靠性。然而要想保证高频高速PCB设计与制作更好的满足人们需求，就要保证铜表面粗糙度粗糙度满足高频信号传输要求，通过对铜表面粗糙度进行有序调控，使得高频高速PCB各项功能得以充分发挥。

【参考文献】

[1]杜小林,王永根,叶绍明,刘彬云,许建明. 铜表面轮廓有序调控及其在高频高速PCB的应用[J]. 印制电路信息,2021,29(S2):11-18.

[2]杜红兵,秦典成,纪成光,陈正清. 环境温湿度对高速PCB信号插入损耗的影响[J]. 功能材料与器件学报,2020,26(02):117-121.