Page 36 - 電路板季刊第88期

34 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

圖8為藉由ANSYS-HFSS模擬銅導線及鍍製上ENEPIG表面處理後之面電流密度
(surface current density)分佈情形。整體而言，電流集膚效應將隨傳輸頻率升高而愈趨
明顯。有趣的是，在一微帶線結構下，電流的集中方式並非對稱，而是趨於導線底部
及其兩側集中。這是因為電場主要都集中於在銅導線及介電材料之間所致。相較於裸
銅導線，當導線鍍製上鎳鈀金(ENEPIG)表面處理時，此種非對稱的電流集中方式將更
趨顯著。由於導線底部正是其最粗糙的地方-「牙根」，故在高頻傳輸時，導線底部(及
彎角處)的形態(粗糙度)對於高頻傳輸影響將遠大於導線表面樣貌。

綜合上述，銅導線之牙根「粗糙度」及導線兩側之「表面處理」是影響高頻訊號
傳遞的重要因子。換言之，高頻/高速PCB如果繼續使用常規銅箔(STD)，將導致訊號
發生嚴重損耗。也因此，高頻/高速應用上，低粗糙度的銅箔有其必要。同樣地，由於
含鎳(Ni)的表面處理(例如：ENEPIG及ENIG)具有高磁導率及低導電率將使導體損耗增
加，故應該避免鎳(或鈷)的表面處理。然而，如何在降低銅箔(銅導線)之牙根粗糙度的
同時，又能兼顧銅箔與介電材的結合力；以及如何在移除含鎳(或鈷)表面處理的同時，
又能保有原先良好的擴散阻絕效果，便是當前亟需探討的課題。

圖 8 .ANSYS HFSS 模 擬 在 不 同 傳 輸頻 率 下 ， 微 帶 線 之 面 電 流 密 度 (surface current
density)分佈情形：(a)銅導線(裸銅)；(b)銅導線上鍍製ENEPIG表面處理。(本模擬
係以純鎳之導電率及磁導率來進行評估)
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本文旨在探討高頻/高速傳輸下，導線設計及材料選擇上所應注意的問題。茲將分
析所得歸納如下：

(1)由於高頻傳輸往往會伴隨集膚效應，銅箔表面及其牙根粗糙度將直接影響傳輸線路
的介入損耗。因此，高頻/高速材料上亟需低粗糙度的銅箔。然而，如何在降低銅箔
(導線)之牙根粗糙度的同時，又能兼顧銅箔與介電材的結合力，是當前亟需重視的