趨膚深度通常是指射頻(RF)電路中電流所在導體內的深度。可以想象一下，觀察圓形導線的橫截面，就能夠看到截面上哪些地方有電流流過。如果電流由電池提供的直流電（DC），則電流密度在導線的橫截面上呈現均勻分布，電流密度在該導線區域的任何地方都是相同的。

如果將電流源換成正弦交流電，你會發現導線外邊緣的電流密度大于導線中間的電流密度。隨著頻率不斷提高，你會注意到在導線橫截面區域的中間部分某些點上，是沒有電流流過的，并且大部分電流會集中到導體的外邊緣（導體外表面）上。這就是趨膚深度的基本概念。

下面這個公式將有助于我們理解趨膚深度和哪些因素有關系。趨膚深度（e）的簡單定義是：

e = (1/(π*f*μ*σ))0.5（公式1）

其中：π是圓周率，它是固定常數，f是頻率，μ是磁導率，σ是電導率。

估計大多數人在第一次看到這個公式時，會有些發懵。但實際上這個公式很容易理解。公式中符號“μ”值與金屬的磁性有關，銅的相對值約為1，因此銅的磁導率μ對方程沒有任何影響。公式中符號“σ”的值與金屬的導電性有關，銅是導電性最好（高導電性）的金屬之一。

從公式1大家可以很容易的看到趨膚深度與各個變量之間的關系。例如：隨著頻率“f”的增加（更高頻率），趨膚深度“e”會變小。同理：如果使用導電率“σ”較低的金屬，則趨膚深度會變大，這是在PCB導體上應用某些類型的最終表面處理時會發生的情況。表面鍍層對趨膚深度的影響是一個相當復雜的問題，如果你想了解更多信息，可以參考我幾個月前寫過的相關文章。

工業上常用的一種特殊的表面處理方法是化學鎳金（ENIG），ENIG的影響與導體的邊緣效應有關。在導體與基板接觸的導體邊緣，自然會有更高的電流密度，而這些邊緣金屬導電性的差異將導致射頻性能的差異。在ENIG的加工工藝下，假設在趨膚深度很厚的極低頻率下，導體邊緣的電導率是由銅- 鎳 - 金組成的復合電導率。隨著頻率增加，復合電導率將由鎳- 金決定。在非常高的頻率下，電導率將只與鍍金層有關。

為了讓您了解不同金屬的電導率，我們給出幾種常用金屬的值（單位是107S/m），銅為5.8，鎳為1.5，金為4.5。實際上，這些值僅適用于純金屬。而實際電路中，這些用于PCB加工的金屬通常是合金，其導電性會略有不同，但這些都是很好的參考值。可見鎳的導電性大約是銅的1/4，因此這也是射頻問題的雙刃劍。較低的電導率會導致更大的插入損耗，并且還會增加趨膚深度，這意味著射頻電流流過了更多的有損金屬。

ENIG還有另一個問題，即與“磁”相關的潛在問題。純鎳的相對磁導率（μ）非常高，約為500，但用于ENIG的鎳是具有比純鎳更低μ值的合金-- 但是它這個值依然很大。隨著μ的增加，在趨膚深度公式中可以看出趨膚深度將減小。這是鎳具有較低導電率的抵消因素。另外還有與金屬相關的磁損耗，鎳確實比銅有更高的磁損耗。其類似于與電介質有關的損耗，介電損耗與損耗因子（Df）有關，而磁損耗與之類似，與金屬的磁性有關。

下面是一個ENIG和趨膚深度相關的實際工程案例。有一位客戶告訴我們，當他們測試相同設計的多個電路的性能時，發現這些電路的射頻損耗明顯不同。這基本上是不同電路間的變化。結果進一步發現這些電路的工作頻率為800MHz（0.8 GHz），這是一個有趣的頻率，因為它涉及到了與ENIG有關的趨膚深度。

在該頻率下，銅的趨膚深度約為2.3微米（約92微英寸），而對于ENIG來說，則會稍厚一些。受許多因素影響，ENIG的鎳層可以從50-250微英寸不等。正常情況下ENIG的電路與電路之間的變化并不是那么極端，但ENIG的正常鎳厚度變化會因許多不同的原因而有所不同。

結果表明，鎳的厚度變化在合適的厚度范圍內，對趨膚深度變化有一定的影響，這與銅鎳金的復合導電率隨鎳厚度的不同而不同的原因。在800MHz的這個頻率下，鎳厚度的變化對趨膚深度和相關的插入損耗有顯著影響。但如果在24 GHz頻率下的應用，此時趨膚深度約為17微英寸，則復合的金屬導體將不會影響電路的性能，因為ENIG的復合金屬由大約僅8微英寸的金組成，其余均為鎳。最后，當然，這僅僅是位于導體邊緣ENIG影響插入損耗的例子。

約翰·孔羅德是羅杰斯公司的技術市場經理。