Page 28 - 電路板季刊第88期

26 專業技術 銅導線表面處理與銅箔粗糙度對5G高頻高速傳輸的影響

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隨著5G商轉，傳輸頻率將大幅提升，也使訊號傳輸來到毫米波(mmWave)層級。
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根據 λ = 推算(其中，λ：傳輸訊號波長；f：傳輸頻率；C：光速 ≈ 3×10 m/s；ε r：
介電常數(Dk) = 3.5；μ r：相對於真空之磁導率(relative permeability) ≈ 0.99)，當f = 28

GHz (5G手機通訊)時，λ 僅約5.7毫米。然而，當f = 77–82 GHz (5G汽車防撞雷達系
統)，λ 會進一步下降至2毫米！由於5G通訊系統的高頻段屬毫米波級別，訊號於傳遞
時之波的特性會較低頻段時明顯，從而衍生問題如下：

(1)反射(reflection)：訊號於傳遞時皆會有反射情形發生，此與傳輸線設計及阻抗
(impedance)匹配相關。然而，隨頻率拉高時(波長縮短)，反射波疊加於原波將相形
顯著，而造成建設性/破壞性干涉(constructive/destructive interference)。當頻率拉高
到毫米波層級時，此時波長不再遠大於傳輸線長度，故波於傳輸線上的疊加特性不
容忽視。傳輸線設計及其阻抗匹配必須加以考量。
(2)集膚效應(skin effect)：當電流(I )通過導體時，將產生交變磁場(B )和渦電流(eddy

current, i)。其中，渦電流與導體內部電流方向相反，卻與導體外部電流方向相同(圖
2a)。因此，內部電流與渦電流將相互抵消，而使得電流大多於導線表面傳輸，此稱
為集膚效應(skin effect) (圖2b)。相對應的集膚深度(skin depth, δ)與傳輸頻率關係，
可藉由下式作估算：

(1)

其中，μ 代表導體的磁導率(conductor's magnetic permeability)；σ 代表導體導電
(bulk conductivity)。

圖2.(a)渦電流與導體內部電流之作用示意圖。(b)集膚效應示意圖。本圖引用自[6]，並
於此重繪。