Page 34 - 電路板季刊第88期
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32 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
銅表面處理有化鎳金(electroless nickel/immersion gold, ENIG)、化鎳鈀金(electroless
nickel/electroless palladium/immersion gold, ENEPIG)、直接鈀金(electroless palladium/
immersion gold, EPIG)、及有機保焊膜(organic solderability preservative, OSP)等。在高
頻操作時，集膚效應將使得表面處理的材料特性(Eqs. 1 and 2)成為影響傳遞訊號品質
的因素之一。
根據Eq. (1)可以計算出銅導線在不同頻率下的集膚深度(δ)。如圖6所示，集膚深
度將隨頻率上升而急遽下降。具體言之，在f ≥ 150 MHz時，集膚深度會減少到5 μm
以下。也就是說，屆時導體內近63%的電流將可能會走在較厚的表面處理中(例如：
ENEPIG)。頻率越高時表面處理對訊號的影響也將愈趨顯著。
圖6.在不同傳輸頻率下(f )，相對應之集膚深度(δ)。(在此以ENEPIG表面處理為例作為說
明)
如前所述，隨訊號傳遞頻率提高，集膚效應會愈趨明顯(圖6)，此時銅導線表面狀
況(例如：表面處理及粗糙度)將成為決定訊號傳輸品質的關鍵因子。雖然過去研究[9]
已有探討表面處理對介入損耗的影響，然而相關高頻資訊依然十分匱乏，例如：量測
頻率範圍僅到10 GHz，以及銅導線表面處理種類不夠完全等。
隨5G應用逐漸推廣，傳輸頻率將可能上升至超過100 GHz以上，屆時集膚效應與
訊號損失勢必會明顯增強。因此，更高傳輸頻率(> 10 GHz)及不同傳輸線結構的傳遞
行為便亟需進行量化評估工作。本文選用目前業界常使用之七大表面處理：有機保焊
膜(OSP) (或裸銅)、化金(immersion gold)、化鎳金(ENIG)、化鎳鈀金(ENEPIG)、薄
鎳型化鎳鈀金(ultrathin-Ni(P)-type ENEPIG)、直接鈀金(EPIG)、及金鈀金(immersion
gold/electroless palladium/immersion gold, IGEPIG)，來進行ANSYS-HFSS模擬評估。
表3列出模擬中使用之材料參數，其中包括銅與鎳的導電率(conductivity, σ)、磁導率
