銅箔導電率 (Copper Conductivity) 測試：為何高頻設計需要關注銅箔粗糙度？SCC 治具介紹

在 5G 毫米波 (mmWave)、6G 亞太赫茲以及高速數位傳輸 (HSD) 的設計領域中，研發工程師往往將目光聚焦於介電材料的 Dk (介電常數) 與 Df (損耗因數)。然而，當頻率攀升至 10 GHz 甚至 40 GHz 以上時，一個隱形的訊號殺手開始浮現——導體損耗 (Conductor Loss)。

您是否遇過模擬與實測數據對不上的情況？明明選用了極低損耗 (Ultra Low Loss) 的基板，但電路的插入損耗 (Insertion Loss) 卻遠高於預期？問題很可能不出在介電質，而在於那層薄薄的銅箔，本文將探討「表面粗糙度」如何影響高頻導電率，以及如何透過 SCC (分裂圓柱導電率量測, Split Cylinder Conductivity) 技術，在不破壞樣品的情況下精準量測銅箔的「有效導電率」。

物理核心：趨膚效應與「崎嶇」的高速公路

要理解為何銅箔需要測試，首先得複習趨膚效應 (Skin Effect)，在直流 (DC) 或低頻狀態下，電流均勻流過導體的截面，但隨著頻率升高，電流會被「擠壓」到導體表面極薄的一層區域流動；在 1 GHz 時，銅的趨膚深度 (Skin Depth) 約為 2 μm；到了 30 GHz，深度僅剩約 0.3 μm，這意味著絕大部分的訊號能量都集中在銅箔表層不到 1 微米的厚度內傳輸。

此時，銅箔的表面粗糙度 (Surface Roughness) 就變得至關重要。

• 低頻時：
  電流看見的是銅箔的整體體積，表面微小的起伏可以忽略，導電率接近純銅的理論值 (約 S/m)。
• 高頻時：
  電流被迫沿著表面的輪廓流動。如果銅箔表面粗糙（為了增加與樹脂的抓地力，通常會進行粗化處理），電流就必須沿著「山峰」與「山谷」爬上爬下。這實際上增加了電流的傳輸路徑長度，導致等效電阻上升，導電率下降。

這種因粗糙度導致的導電率衰退，我們稱為「有效導電率 (Effective Conductivity)」，在高頻電路模擬中，如果直接套用純銅的 DC 導電率，而未考慮粗糙度帶來的修正，模擬結果將嚴重低估傳輸損耗。

傳統量測的痛點：破壞性與複雜度

過去，要評估銅箔的高頻損耗特性，主要依賴 IPC-TM-650 2.5.5.5 (帶狀線測試法, Stripline Test) 或類似的傳輸線方法，這些方法雖然經典，但對研發階段來說存在顯著缺點：

• 破壞性加工：
  必須將銅箔壓合在介電材料上，並經過蝕刻製程，製作成特定的帶狀線或微帶線電路，這不僅耗時，且蝕刻過程中的側蝕 (Side-etching) 變異會引入額外誤差。
• 無法單獨分離：
  量測到的損耗是「介電損耗」與「導體損耗」的總和，雖然可以透過數學模型分離，但若基板本身的 Df 值不夠穩定，將難以精確反推銅箔的貢獻。

•  
• 依賴光學觀察：
  工程師常透過切片 (Cross-section) 或 SEM 觀察粗糙度，再帶入 Hammerstad 或 Huray 模型進行估算，但这僅是幾何上的推估，並非真實的電氣量測。

SCC 技術：非破壞性的銅箔量測方案

SCC (Split Cylinder Conductivity) 治具的出現，是基於微波共振腔技術的延伸應用，它的設計理念與量測介電材料的 SCR (分裂圓柱諧振腔) 類似，但其物理目標轉向了導體本身。

運作原理：從 Q 值反推導電率

SCC 利用一個金屬圓柱諧振腔，將待測的銅箔樣品作為腔體的一部分（通常是夾在中間或作為端板），當電磁波在腔體內共振時，腔壁的導電性能直接決定了能量耗散的速率，也就是品質因子 (Q 值)，由於腔體本身的幾何尺寸與背景損耗是已知的（可透過校正扣除），當我們放入待測銅箔後，量測到的 Q 值變化就直接反映了該銅箔的表面電阻，根據物理關係，表面電阻與導電率的平方根成反比，系統藉此計算出該頻率下的有效導電率。

技術優勢

• 直接量測：
  不需要製作傳輸線，不需要蝕刻，直接將一張平整的銅箔 (Raw Foil) 或覆銅板 (CCL) 夾入治具即可測試。
• 高頻寬覆蓋：
  SCC 技術通常支援 10 GHz 至 40 GHz 甚至更高的頻段，這涵蓋了 5G 毫米波與車用雷達的關鍵頻譜，能夠量測出導電率隨頻率變化的趨勢。
• 高靈敏度：
  對於高導電率材料 (如標準銅 S/m) 仍具備極佳的再現性，能分辨出不同粗化處理（如 VLP, HVLP, RTF 銅箔）之間的微小導電性能差異。

為什麼 R&D 需要 SCC？

對於材料商而言，SCC 提供了一種快速篩選銅箔製程（如不同瘤狀結構處理）對高頻損耗影響的手段，對於 PCB 設計端，SCC 提供的「有效導電率」數據，是修正模擬軟體 (如 HFSS, ADS) 參數的關鍵依據，使用真實量測的有效導電率取代理想銅導電率，能顯著提升高頻傳輸線模擬的準確度，避免在流片或打樣後才發現訊號衰減過大，從而節省昂貴的除錯成本。

在毫米波時代，銅箔不再只是導電的載體，其表面微觀結構已成為影響訊號完整性的主動元件，SCC 分裂圓柱導電率量測技術，填補了傳統光學粗糙度觀察與實際電氣特性之間的落差，它以非破壞、高頻直接量測的特點，協助工程師在設計初期就掌握材料的真實損耗，是高頻材料實驗室不可或缺的精密工具。

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