Kupferfolie ist das primäre Leitermaterial in Leiterplatten. Der Trend zu höherer Schaltungsdichte hat neue Entwicklungen in der Kupferfolien-Technologie vorangetrieben. Außerdem lässt sich Kupferfolie mit anderen Metalllegierungen beschichten, um eingebettete Widerstände in mehrlagigen Leiterplatten zu realisieren.
Stumpfseitig behandelte Folie (DSTF) bzw. umgekehrt behandelte Folie (RTF)
DSTF/RTF sind ebenfalls Varianten elektrolytisch abgeschiedener (ED) Kupferfolien. Bei RTF wird die Behandlung jedoch auf die glänzende Seite aufgebracht – nicht auf die raue Seite wie bei Standard-ED-Folie (siehe Abbildungen 4.25 und 4.26).
Dadurch weist die zum Harz gewandte Seite eine sehr geringe Rauheit auf, während die raue Seite nach außen zeigt. Die geringe Folienrauheit auf dem Laminat erleichtert die Bildung feiner Innenlagen-Leiterbahnen. Die raue Außenseite sorgt weiterhin für Haftung.
Für Hochfrequenzsignale bietet die glatte Oberfläche deutlich bessere elektrische Eigenschaften. Bei dünnen Kernen hilft die geringe Rauheit zudem, eine gleichmäßige Dielektrikumsdicke zu erhalten und das „Zahneindringen“ von Kupferspitzen zu reduzieren, was die Durchschlagsfestigkeit des Dielektrikums verbessern kann. Diese Vorteile gehen mit einer leicht verringerten Abziehfestigkeit einher.
Gewalzte und geglühte Kupferfolie (RA)
RA-Kupferfolie besitzt eine ausgezeichnete Duktilität und wird häufig für flexible Schaltungen eingesetzt. Sie entsteht durch mehrfaches Warmwalzen dicker Kupferbleche oder -brammen bei hoher Temperatur, bis die gewünschte Dicke und die mechanischen Eigenschaften erreicht sind.
Im Vergleich zu ED-Folie weist RA-Folie eine stärker zufällige Kornstruktur auf, was zu überlegenen mechanischen Eigenschaften führt. Beide Seiten sind gering rau, daher kann jede Seite für Oberflächenbehandlungen gewählt werden.
Reinheit und spezifischer Widerstand von Kupferfolien
Die IPC-4562 „Metal Foil for Printed Wiring Applications“ definiert Reinheit und spezifischen Widerstand für ED- und RA-Folien.
Die Mindestreinheit unbehandelter ED-Kupferfolie beträgt 99,8 %; der Silberanteil wird dem Kupfergehalt zugerechnet. RA-Kupferfolie weist eine Reinheit von 99,9 % auf.
Tabelle 4.12 enthält die Anforderungen an den spezifischen Widerstand für ED-Kupferfolie. Der maximale spezifische Widerstand von RA-Folie hängt von der Folienqualität ab und liegt im Allgemeinen bei 0,155–0,160 Ω·g/m².
Weitere Typen von Kupferfolien
Standard-ED-Folien eignen sich für die meisten starren und flexiblen Leiterplatten. Für spezielle Anwendungen werden modifizierte Folien eingesetzt, darunter doppelt behandelte Folien, resistive Folien und ultradünne ED-Folien.
① Doppelt behandelte Folie (Double-Treated Foil)
Beide Seiten der Folie erhalten spezielle Oberflächenbehandlungen. Die Substratseite wird zur Verbesserung der Haftung und Zuverlässigkeit mit dem Harz behandelt. Die andere Seite wird „umgekehrt behandelt“, sodass die glänzende Seite mit dem Substrat verbunden ist und die raue Seite nach außen zeigt.
Dadurch lassen sich Prozessschritte wie das „Bräunen“ der Innenlagen vor der Laminierung einsparen. Allerdings erfordert dies eine sehr hohe Oberflächensauberkeit und wird daher in der PCB-Fertigung seltener verwendet.
② Resistische Kupferfolie
Durch die Bearbeitung des Grundkupfers können in der Innenlage eingebaute Widerstände gebildet werden. Das verringert die Anzahl diskreter Widerstände auf den Außenlagen und integriert Widerstände direkt in die Multilayer-Platine. Dies kann die Zuverlässigkeit verbessern und Platz für aktive Bauteile freigeben.
Diese Folien entstehen typischerweise durch Beschichten des Grundkupfers mit einer metallischen Legierungs-Widerstandsschicht. Laminate aus solcher Folie lassen sich anschließend per Fotostrukturierung und Ätzen zu Widerstandselementen mustern.
③ Ultradünne ED-Folie
Ultradünne ED-Folien, z. B. mit 2 µm Dicke, können nicht allein gelagert werden, da sie leicht knittern und verkratzen. Üblicherweise werden sie auf eine Trägerfolie auflaminiert. Der Träger ist dicker, z. B. 15 µm. Nach der Laminierung wird der Träger entfernt.
Diese Folien werden für Leiterplatten mit ultrafeinen Leiterbildern eingesetzt und hauptsächlich bei Packaging-Substraten verwendet.
Fazit
Verschiedene Kupferfolien besitzen unterschiedliche Stärken und Einsatzbereiche. ED-Folie ist prozesssicher und bietet hervorragende Haftung. RA-Folie zeichnet sich durch hohe Duktilität aus und ist ideal für flexible Schaltungen. Mit dem Wachstum von Hochfrequenz- und Hochdichte-Designs gewinnen glatte, hochreine und funktionale Folien an Bedeutung. Die richtige Folienwahl ist entscheidend für die Leistung und Zuverlässigkeit einer Leiterplatte.
