趨膚效應—銅箔粗糙度

趨膚效應（集膚效應）skin effect：

高頻電流流過導體時，電流會趨向於導體表面分布，越接近導體表面電流密度越大。

導體內部實際上電流較小。結果使導體的電阻增加，使它的損耗功率也增加。

導線通有高頻交變電流時，有效截面的減少可以用穿透深度來表示。

穿透深度的意義是：由於趨膚效應，交變電流沿導線表面開始能達到的徑向深度，計算公式為

從上面公式可知：

趨膚深度與頻率、電導率的開方成反比，也就是說頻率、電導率越高，趨膚深度越小。趨膚效應的一些影響：

A：導致導線的等效電阻增大，損耗增大。相同截面積，表面積越大，等效電阻越小。

應用：

利用相互絕緣的多根細導線代替單根實心導線，可以改善降低導線的等效電阻。

材料表面鍍銀或鍍金，降低表面電阻，可以改善導線的等效電阻。

實心導線改用空心導線，導電效果基本一樣，可以節省材料。

 

從上面表格可知：

對於 50Hz 的工頻交流電，導體為銅，其趨膚深度約8mm，這樣對於厚度大於 16的銅線，其中心處電流密度非常小，因此用於傳輸工頻電流的銅線厚度一般小於12mm。

 

銅箔：

分電解銅箔（ED 銅）和壓延銅箔（THE 銅）。

銅箔有一面光滑，稱為光面（Drum Side）,另一面是粗糙的結晶面，稱為毛面（Matte Side）。毛面是印製電路的電路表面，毛面是與 PCB 基材結合的面。

 

電解銅箔：

常規銅箔（STD），反轉銅箔（RTF），低/超低表面粗糙度銅箔（VLP/HVLP）

通過掃描電鏡和金相顯微鏡可看出 STD、RTF 和 HVLP 銅箔（厚 0.5oz）的表面形貌：

STD 銅箔毛面粗糙度（Rz）約為 5um，光面（RA）粗糙度 3um；

RTF 銅箔毛面、光面粗糙度約3um;

HVLP銅箔光面、毛面粗糙度均在2um 以內。

從上面的公式計算可知：當頻率達到 1GHz 時，其信號在導線表面的傳輸厚度僅為 2.1um,如果導體是 STD，信號僅在粗糙度的厚度範圍傳輸，將導致很嚴重的反射問題，並導致信號傳輸路徑變長，損耗增加。

 

傳輸線損耗主要包括介質損耗和導體損耗兩個部分。

介質損耗：絕緣材料在電場作用下，由於介質電導和介質極化的滯後效應，在其內部引起的能量損耗。這主要與PCB介質的損耗因子有關。

導體損耗：導體不理想，存在電阻，在電流通過時發熱而引起的損耗，這主要與PCB導體的趨膚效應、粗糙度和導電率（電阻率）有關係。