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厚积箔发： 5G+AI驱动RTF铜箔发展

前面文章我们为大家介绍了人工智能和自动驾驶AEB的快速发展对基础材料特别是铜箔提出了更高的技术需求。同时，我们也介绍了满足上述两种应用场景的高速铜箔和高频铜箔。今天我们为大家重点介绍花园新能源最新研发的一款高频高速铜箔——RTF铜箔。

众所周知，铜箔既是一种优异的良导体，也是一种优异的热导体。因此，铜箔是PCB信号传输的理想材料。实际上，应用于PCB行业的铜箔比想象中的更为复杂。不同特性的铜箔需与适合的基材搭配，才能生产出优异的PCB板。

通常CCL及PCB使用的铜箔，按铜箔粗糙度的不同，可分为常规的高温高延铜箔（HTE 铜箔）、反转铜箔（RTF 铜箔）、低轮廓铜箔（VLP 铜箔）和超低轮廓铜箔（HVLP 铜箔）等。整体粗度趋势为HTE铜箔＞RTF铜箔＞VLP铜箔＞HVLP铜箔。高速电路用CCL需要搭配粗糙度更低的铜箔，以达到降低损耗的目的。

常规的高温高延铜箔（HTE）具有光面和粗化面两个表面。一般在PCB板制作过程中，将粗化的铜面和树脂接着，使树脂和铜箔有较大的结合力。反转铜箔（RTF）是铜箔两面均有不同程度粗化处理的铜箔，两面都有较好的抗剥离强度，使其做为内埋电路层与基材形成良好的粘结。在制作印刷电路板（PCB）的过程中，反转铜箔的处理面被贴在基材（电介质材料）上，因其有特殊的铜瘤结构，对基材（电介质）有更大的附着力。而哑光面应用在光刻胶之前不需要任何机械或化学处理，因为它已经足够粗糙，可以有良好的层压抗蚀剂附着力，这是较标准电解铜箔的主要优势。

表1. 各系列铜箔SEM及剖面对应示意图

随着高频高速信号传输的要求不断提高，RTF铜箔的粗糙度越做越低，高阶的RTF2、RTF3系列铜箔粗糙度与HVLP可做到同一水准，故而在中高端的PCB板材中RTF2、RTF3等级的反转铜箔应用越来越广泛。

表2. RTF与HVLP铜箔粗糙度比较

RTF与HVLP系列铜箔主要应用在服务器、基站、通信等方面，所用基材以环氧、改性环氧、PPO、PTFE、LCP以及其他特殊树脂为主，主要应用频率为10Gbps、25Gbps、56Gbps、112Gbps等。对该系列铜箔应用的主要要求在于：CCL、PCB的匹配性（PS、耐热性）、信号完整性（SI）、无源互调（PIM），铜箔的技术关键点在处理面粗糙度、铜瘤形态、铜箔表面镀层、硅烷偶联剂等方面。CCL及PCB最终决定使用RTF系列还是 HVLP系列中的哪款铜箔，通常需从产品性能要求、匹配性、稳定性、可靠性及成本等方面综合决策后选用，而技术研究的方向主要集中在：生箔轮廓，铜瘤形貌、防氧化处理、硅烷化处理四大方向。

图1.铜箔的技术研发方向

接下来，我们来介绍一下反转铜箔的应用领域。

反转铜箔（reverse treated copper foil）的研究主要集中在提高性能、降低成本、提高生产效率等方面，目前以高频高速覆铜板产品应用最为广泛。

高频高速覆铜板即射频/微波电路用PCB (一般简称高频 PCB)和高速数字电路用PCB(一般简称高速PCB)，二者统称为高频高速覆铜板。高频是指频率高、周期短，而高速则是指上升沿或下降沿的变化速度快。

高频信号传输类的电子产品，通常以正弦波来传输信号（即传输无线信号），如雷达、广播电视、通讯（移动通信、微波通信、光纤通信）等。这类传输无线信号电路用基板材料，一般称为射频/微波型覆铜板。高速逻辑信号（数字信号）传输类的电子产品，该类产品是以数字信号（或方脉冲）传输的，同样也与高频电磁波的方波有关。这类传输数字信号电路用基板材料，一般称为高速数字型覆铜板（HSD），简称高速覆铜板，主要用于通信基站设施、通信网的配套设备（路由器、转换器、网络存储等）、数据中心设备（服务器、超级计算机、云计算设备）、测试及测量设备。因在实际应用中高速基板材料与射频-微波基板材料会共同混用制作PCB板，故而大家习惯统称高频高速PCB。

高频高速PCB的核心指标是提高传输速率，降低信号传输损失及提高PCB的加工稳定性，故而针对高频PCB或高速PCB在CCL及铜箔厂都需做细分，根据铜箔种类及基材损耗去匹配以满足不同的性能要求。未来，RTF反转铜箔的发展将趋向于更高性能、更低成本、更广泛应用领域。

因“趋肤效应”的存在，随着数据信号传送频率的提升，电信号在表面传输过程中，若铜箔的粗度过高，需要传输的路径越长，趋肤效应造成的数据信号“失帧”就越严重，因此铜箔需降低表面粗糙度满足来满足信号传输的需求。一般要求粗糙度Rz≤3.5μm以下，常规的高温高延HTE（Rz≥4μm）铜箔粗度太高，无法满足信息传输需求，而HVLP(超低轮廓铜箔Rz≤2μm)生产工艺复杂、成品率较低、价格昂贵，故更具性价比的反转铜箔（RTF）成为高频高速用铜箔材料的首选。

反转铜箔（RTF）一般按照表面粗度依次分为RTF1（Rz≤3.5μm）、RTF2（Rz≤2.3μm）和RTF3（Rz≤2.1μm）。像Mid Loss原材料一般选用反转铜箔（RTF1）作为标准配置铜箔，Low Loss原材料一般选用反转铜箔（RTF2）作为标准配置铜箔，Very Low Loss原材料部分采用反转铜箔（RTF3）作为配置铜箔（图2. 覆铜板电性、传输性能、铜箔类型、基材种类对应关系）。但这也并不意味着RTF铜箔可以完全代替HVLP铜箔。RTF2或RTF3可以满足单面的电性要求，但是目前高端（超低损耗）需要双面电性要求的产品依然采用HVLP铜箔。

图2. 覆铜板电性、传输性能、铜箔类型、基材种类对应关系

不管是应用在高频还是高速领域，均需考虑随着RTF铜箔表面粗糙度的降低，铜箔与树脂压合后抗剥离强度会逐步减小的问题。因而提升铜箔的剥离力成为各铜箔厂的研究的主要课题，这也是CCL及PCB重点关注的品质之一。另外电性能的好坏直接决定RTF铜箔的应用频段及产品价值，而一块高频高速用的PCB板的好坏，通常由PP片的特性（树脂）、铜箔的性能及PCB设计，加工、表面处理等诸多因素决定。

应用于高频高速的RTF铜箔的铜瘤形貌及表面金属成分及含量是各铜箔厂重点研发的课题，另外对于不同的基材搭配不同的硅烷偶联剂同样也是各家铜箔厂的技术核心之一。

下面，我们介绍一下反转铜箔与高频高速基材匹配性。

现阶段5G基站及网路通信终端（如76～79GHz汽车防碰撞雷达等）正向着毫米波频段（30～300GHz）快速的发展，这些设备所用的高频高速PCB，Epoxy（FR4）材料无法满足5G基站要求。所以，目前的研发重点在于依靠基板材料及铜箔材料端去克服信号传输损失及速率的难题（图3 3-5G所用树脂及传输特性对应图），开发并提供更多不同种类客制化的产品、同时产品还能具备其它重要性能（如多层板加工性、可靠性、导热性等）。

图3 3-5G所用树脂及传输特性对应图

高频高速覆铜板用特种树脂技术难度较高，是制约高频高速覆铜板发展的主要原因之一。按塑性分类，高频高速覆铜板用特种树脂可分为热塑性树脂和热固型树脂，热塑性树脂加热后能发生流动变形，如聚四氟乙烯（PTFE）类树脂，碳氢树脂（PCH）类、聚苯醚（PPE）、液晶聚合物（LCP）类等，热固型树脂固化后，加热时不能软化和反复塑形，如双马来酰亚胺（BMI）类等。现阶段我国各类特种树脂技术均有待突破，在高频高速基板材料的发展初级阶段，PTFE树脂因其容易实现低介电损失性成为最早被使用的最成熟的特种树脂，但其熔融粘度大、成型温度高，加工较为困难，蠕变大。PPO 树脂的介电常数及介质损耗都很小（1MHz 下εr=2.45、tanδ=0.0007），且几乎不受温度、频率、湿度的影响，但其熔融温度高，加工较为困难，需要进一步改性。BMI 树脂在未来各类特种树脂中具有较大的潜力，其极性极低，有与环氧树脂相近的流动性和可模塑性，克服了环氧树脂耐热性相对较低的缺点，但其脆性较大，提高韧性成为促进 BMI 树脂广泛应用的技术关键。因不同的高频高速基材有着其不同的特性（图4. 高频高速常用树脂特性及技术难点），铜箔厂需根据各基材对应开发相应匹配的铜箔材料，以满足PCB传输及加工需求。

图4. 高频高速常用树脂特性及技术难点

对于高频高速铜箔的开发，通常集中在铜瘤结构（铜瘤形貌）、硅烷偶联剂种类及表面镀层元素为主的三个方面。其中铜瘤结构及硅烷偶联剂对压合后的抗剥离力影响最大，铜瘤的表面轮廓与顺磁性元素直接影响电性能的好坏和PCB的加工性，因而针对不同的高频高速基材需要不同的铜箔搭配。一般根据基材的软硬程度，铜箔厂会在保证低粗度的前提下，结合自身工艺将铜瘤调整为针尖状及圆形的雪球状。针尖状的结构在高温压合过程中可以扎入到较硬或流动性较差的LCP/PTFE基材中形成较好的投锚作用，从而与基材有很好的结合面（结合力），保证剥离强度。而圆形的雪球状铜瘤结构一般适配流动性较好或硬度较低的基材，在高温压合过程中树脂流动包覆住圆形雪球状的铜瘤，在较大的比表面积进行结合保证抗剥离强度。当然也不是只有针尖状及雪球状的铜瘤结构，本文只是以此为例进行说明。

表3. 不同铜瘤结构与不同基材的搭配

硅烷偶联剂的使用较为复杂，不同硅烷厂家生产的同一硅烷偶联剂在特性上有差异，以常见的环氧硅烷3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷为例。实际使用过程中，不同环氧硅烷处理同一款铜箔，测试其在FR4基材上的抗剥离强度，通常差异在0.1-0.25N/mm，而硅烷偶联剂对铜箔抗剥离力的提升约在0.2-0.4N/mm，故而针对同一种类的基材与铜箔采用不同厂家的硅烷偶联剂处理，抗剥离结果差异较大。这只是针对目前市场成熟的Epoxy（FR4）基材来讲，而就高速的PPO基材来讲，以松下MEGTRON系列为代表，各家所用的原料及改性的方案不同，需铜箔端去匹配不同的硅烷，其他基材也类似，硅烷的特殊性及每家的基材差异基本上需要铜箔厂定制化研发，客制化生产。

图5.PPO结构及结构改性

传统的HTE铜箔在后处理过程中通常在表面镀一定量的镍，目的在于保证铜箔压合过程中的耐热及后道蚀刻性能。而高档的射频-微波电路基板（如毫米波车载雷达用基板）所用的铜箔，一般要求表面处理需采用纯铜处理工艺，以支持减少无源互调（PIM），实现覆铜板的低PIM值。磁性元素镍的存在也会使SI变差，因而各家铜箔厂需尽量做到低镍甚至是无镍工艺去保证PCB板的性能。

目前，全球高频高速用RTF铜箔主要被日、欧、台湾等企业垄断。在5G通信技术+AI智能技术的推动下，中国高频高速电子电路基材用反转铜箔需求量不断扩大。但国产RTF铜箔目前产量无法满足市场需求，每年需要从国外大量进口产品，这严重制约我国电子信息产业发展。为使我国成为高频高速技术、标准、产业及应用领先其他国家，必须加快核心关键技术攻关，解决高频高速电子电路基材用铜箔的本土化供应的问题。

花园新能源RTF产品介绍

厚积箔发： 5G+AI驱动RTF铜箔发展(图10)

为此，花园新能源通过不懈努力，已研发成功并量产多款满足不同应用场景的RTF铜箔，有望解决这一制约我国人工智能、自动驾驶和电子信息产业快速发展的瓶颈问题。

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