引言

隨著電子設備向更高頻率發展，對導體材料（如銅箔）的導電率評估變得愈發重要。在毫米波頻段，由于趨膚效應，導電率顯著下降，銅箔的表面粗糙度和加工方式對其導電率有極大影響。分裂圓柱諧振器（SCR）和法布里珀羅諧振器(FP)是兩種能夠定量評估這些影響的有效方法。

例1

使用分裂圓柱諧振器（SCR）進行導電率測量

在將介質與銅箔粘結時，通常會進行粗化處理以保持剝離強度。然而，即使粗糙度參數（Rz、Ra）相同，不同的粗化方法和形貌也可能導致導電率存在很大差異。通常Ra值較小意味著導電率較高，但即使Ra相同，差異仍然可能很大。因此，在實際開發中，必須直接在使用頻率下進行導電率測量。

1. 測量原理

分裂圓柱諧振器最初是為薄膜的介電常數測量而設計的，但通過改造，也可以應用于金屬箔的導電率測量。當金屬箔插入諧振器時，電流在樣品表面流動，從而導致Q值下降。通過分析Q值的降低，可以確定銅箔的相對導電率。在10–40 GHz范圍內可以進行測量，從而捕捉表面粗糙度的影響。圖1展示了分裂圓柱諧振器的外觀及導電率測量步驟。與介電測量類似，每個樣品的測量僅需約15秒，效率極高。

圖1：分裂圓柱諧振器的外觀和導電率測量步驟

2. 分裂圓柱諧振器（用于導電率）的特征

?測量時間：每個樣品約15秒

?高重復性：同一樣品重復測量的偏差在±2%以內

?可進行頻率特性測量：通過更換諧振器，可在10、20、28和40 GHz下進行評估

3. 應用實例

由于趨膚效應，在高頻時電流集中在表面。因此，表面較粗糙的銅箔會導致電流路徑變長，有效導電率降低。圖 2 展示了四種不同表面粗糙度銅箔的測量結果。如預期所示，粗糙度較大的銅箔導電率下降更為顯著。

圖2：不同粗糙度銅箔的導電率測量示例

該方法對不同金屬同樣適用。圖 3 展示了四種經過鏡面拋光處理的金屬的測量結果，以消除粗糙度影響。結果證實，從直流到 170 GHz，金屬的導電率沒有頻率依賴性。理論上，金屬在 1 THz 以下導電率不會隨頻率變化，實驗結果與理論一致。

圖3：不同金屬鏡面處理后的導電率頻率特性

結論

分裂圓柱諧振器不僅適用于介電率測量，也是導電率評估的優秀工具。對于銅箔制造商、基板制造商和器件制造商來說，它是設計的“指南針”。憑借每個樣品僅需約15秒的測量速度，其高效與高精度支持了下一代高頻材料開發和可靠電路設計。

例2

使用法布里珀羅振蕩器的導電率測量

傳統的導電率測量儀器需要較長的測量時間，且結果波動較大，因此在研發中很少被采用。法布里–珀羅諧振器的出現，毫米波頻段的測量精度顯著提升，實現了以往難以進行的導電率評估。

1. 測量原理

法布里–珀羅諧振器由兩塊平行的球面鏡組成，用于多次反射電磁波。通常用于介電率測量，但通過將其中一面反射鏡替換為測試樣品，也可用于導電率測量（圖1）。先測量高純銅基準，再插入被測樣品，即可獲得Q值。與基準相比的差異能夠高精度地確定導電率。該方法的優點是能夠直接測量銅箔的導電率，無需刻蝕或加工。

圖1：法布里–珀羅諧振器的概略圖

圖2：使用法布里–珀羅諧振器進行導電率測量的步驟

2.特征

?頻率覆蓋范圍：23–110 GHz 與 110–170 GHz

?高速測量：每個頻點約4秒

?高重復性：同一樣品重復測量的偏差在±2%以內

?可評估與介質粘結狀態下的銅箔界面導電率

圖 3 展示了四種不同粗糙度銅箔的導電率測量結果。隨著頻率升高，表面較粗糙的銅箔相對導電率下降更明顯。即使每個樣品重復安裝和測量三次，也獲得了優異的重復性。

圖3：不同粗糙度銅箔的重復性數據

（每個樣品重復測量三次）

3. 應用實例

3.1 不同金屬的測量

如圖 4 所示，將四種金屬板拋光至鏡面，以排除表面狀態對導電率的影響。測量結果表明，從直流到 170GHz 范圍內，導電率保持恒定，與理論預測一致，即金屬在 1 THz 以下導電率不會發生變化。

圖4：使用法布里 – 珀羅諧振器對不同金屬的測量結果

3.2 與介質粘結的銅箔測量

如圖 5 所示，銅箔在與介質粘結的狀態下也可進行測量。將可熔性聚酰亞胺（MPI，厚度 50 μm）粘結到銅箔上，分別在粘結前后測量其導電率。結果表明，銅箔單體與 MPI– 銅箔界面的導電率一致。這使得對通過濺射或蒸鍍形成的樹脂 – 金屬界面導電率的評估成為可能。

圖5：與介質粘結的銅箔導電率測量示例

結論

法布里–珀羅諧振器實現了在以往難以評估的頻率范圍內的高精度、高速、高再現性的導電率測量。它支持銅箔、不同金屬以及與介質粘結樣品的測量，是下一代通信和高頻IC封裝設計中不可或缺的評估工具。

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