Soprannominato come la madre dei prodotti elettronici, il circuito stampato (PCB - printed circuit board) risulta fondamentale per i moderni dispositivi elettronici praticamente in qualunque settore. Una fase importante del processo di produzione dei circuiti stampati è la giunzione tra il foglio di rame e il substrato di resina dielettrica. Prima di effettuare la giunzione, la superficie in rame viene intenzionalmente irruvidita per migliorare la sua capacità di legarsi al materiale dielettrico. Tuttavia i fogli di rame rugosi sono caratterizzati da una perdita di conduttività che può influire negativamente sulla funzionalità del circuito stampato. Inoltre la perdita di conduttività aumenta significativamente con l'aumento della frequenza della corrente a causa del cosiddetto "effetto pelle". Nei sistemi elettronici 5G a alta frequenza questo può rappresentare un problema.
Cos'è l'effetto pelle?
L'effetto pelle rappresenta la tendenza di una corrente alternata a alta frequenza di essere trasmessa attraverso lo strato esterno del conduttore o strato superficiale. Maggiore è la densità della corrente o della frequenza e più vicina alla superficie la corrente viene trasmessa. Correnti a alta frequenza trasmesse in prossimità della superficie si traducono in una minore profondità dello strato superficiale. Quando la profondità dello strato superficiale corrispondente alla frequenza operativa del circuito è inferiore o uguale alla rugosità superficiale del foglio di rame, il segnale si propaga nella superficie del foglio di rame.
Visto che la tecnologia 5G utilizza una frequenza della corrente superiore a 4G o 3G, la profondità dello strato superficiale risulta inferiore e la densità della corrente risulta superiore. Tuttavia le superfici con rugosità possono influenzare negativamente il percorso di trasmissione della corrente. Maggiore è la rugosità della superficie del foglio di rame e più lungo è il percorso di trasmissione del segnale e maggiore è la perdita di conduttività. Non è possibile usare dei fogli di rame perfettamente lisci visto che la rugosità è necessaria per legare il foglio al substrato. Pertanto la rugosità deve essere controllata attentamente: dovrebbe essere rugosa sufficientemente per aderire in modo ottimale al substrato ma sufficientemente liscia per minimizzare la perdita di trasmissione.
Controllo della rugosità superficiale
Il classico metodo per la misura della rugosità superficiale si avvale di una sonda stilo che viene fatta passare sulla superficie del campione. Tuttavia la stilo può alterare le superfici fragili come i fogli di rame e i dati di misura sono limitati dal diametro dell'estremità della stilo.
I microscopi confocali a scansione laser rappresentano gli strumenti preferenziali per la misura della rugosità visto che offrono numerosi vantaggi rispetto ai classici metodi di misura.
Quattro vantaggi dei microscopi laser per al misura delle rugosità superficiali
Senza contatto
Come intuibile dal nome, i microscopi utilizzano la luce laser per acquisire i dati, pertanto non si entra in contatto con il campione. Questo elimina la possibilità di graffiature o danni al campione durante il controllo mediante una sonda stilo. Un microscopio laser ha inoltre il vantaggio di rendere precise le misure di rugosità, indipendentemente dalla condizione superficiale del campione.
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Più precisi dati di misura della rugosità
La larghezza dell'estremità di una classica stilo è compreso solamente tra 2 e 10 μm, rendendo complessa l'acquisizione dei dati di rugosità a livello microscopico. Il laser nel nostro microscopio a scansione laser OLS5100 ha una larghezza di soli 0,2 μm, pertanto è in grado di acquisire dati di irregolarità superficiali più piccole rispetto a quelle acquisibili da una sonda stilo.
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Informazioni complete del campione
Una sonda stilo può acquisire solo un tipo di informazioni: la rugosità. Invece il nostro microscopio laser può acquisire contemporaneamente tre tipi di informazioni: le immagini laser, le immagini a colori e i dati 3D. Combinando questi dati è possibile avere un migliore quadro conoscitivo della rugosità superficiale.
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Ispezione automatizzata
Un altro vantaggio del microscopio confocale laser è dato dalla capacità di automatizzare parte del flusso di lavoro ispettivo, migliorando la riproducibilità e minimizzando la variabilità tra operatore e operatore. Per la misura della rugosità dei fogli di rame, il microscopio laser OLS5100 può automatizzare il flusso di lavoro ispettivo, dall'acquisizione dei dati alla creazione di report. È sufficiente premere il pulsante Avvio ed è possibile eseguire delle misure precise del profilo inferiori al micron.
Per rendere il dispositivo efficiente, la funzione macro del software del microscopio permette al computer di controllare un'ampia gamma di operazioni del microscopio, così da poter controllare e analizzare i campioni in modo veloce e preciso.
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