引言

隨著電子設(shè)備向更高頻率發(fā)展，對(duì)導(dǎo)體材料（如銅箔）的導(dǎo)電率評(píng)估變得愈發(fā)重要。在毫米波頻段，由于趨膚效應(yīng)，導(dǎo)電率顯著下降，銅箔的表面粗糙度和加工方式對(duì)其導(dǎo)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(píng)估這些影響的有效方法。

例1

使用分裂圓柱諧振器（SCR）進(jìn)行導(dǎo)電率測(cè)量

在將介質(zhì)與銅箔粘結(jié)時(shí)，通常會(huì)進(jìn)行粗化處理以保持剝離強(qiáng)度。然而，即使粗糙度參數(shù)（Rz、Ra）相同，不同的粗化方法和形貌也可能導(dǎo)致導(dǎo)電率存在很大差異。通常Ra值較小意味著導(dǎo)電率較高，但即使Ra相同，差異仍然可能很大。因此，在實(shí)際開發(fā)中，必須直接在使用頻率下進(jìn)行導(dǎo)電率測(cè)量。

1. 測(cè)量原理

分裂圓柱諧振器最初是為薄膜的介電常數(shù)測(cè)量而設(shè)計(jì)的，但通過改造，也可以應(yīng)用于金屬箔的導(dǎo)電率測(cè)量。當(dāng)金屬箔插入諧振器時(shí)，電流在樣品表面流動(dòng)，從而導(dǎo)致Q值下降。通過分析Q值的降低，可以確定銅箔的相對(duì)導(dǎo)電率。在10–40 GHz范圍內(nèi)可以進(jìn)行測(cè)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(dǎo)電率測(cè)量步驟。與介電測(cè)量類似，每個(gè)樣品的測(cè)量?jī)H需約15秒，效率極高。

圖1：分裂圓柱諧振器的外觀和導(dǎo)電率測(cè)量步驟

2. 分裂圓柱諧振器（用于導(dǎo)電率）的特征

?測(cè)量時(shí)間：每個(gè)樣品約15秒

?高重復(fù)性：同一樣品重復(fù)測(cè)量的偏差在±2%以內(nèi)

?可進(jìn)行頻率特性測(cè)量：通過更換諧振器，可在10、20、28和40 GHz下進(jìn)行評(píng)估

3. 應(yīng)用實(shí)例

由于趨膚效應(yīng)，在高頻時(shí)電流集中在表面。因此，表面較粗糙的銅箔會(huì)導(dǎo)致電流路徑變長(zhǎng)，有效導(dǎo)電率降低。圖 2 展示了四種不同表面粗糙度銅箔的測(cè)量結(jié)果。如預(yù)期所示，粗糙度較大的銅箔導(dǎo)電率下降更為顯著。

圖2：不同粗糙度銅箔的導(dǎo)電率測(cè)量示例

該方法對(duì)不同金屬同樣適用。圖 3 展示了四種經(jīng)過鏡面拋光處理的金屬的測(cè)量結(jié)果，以消除粗糙度影響。結(jié)果證實(shí)，從直流到 170 GHz，金屬的導(dǎo)電率沒有頻率依賴性。理論上，金屬在 1 THz 以下導(dǎo)電率不會(huì)隨頻率變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論一致。

圖3：不同金屬鏡面處理后的導(dǎo)電率頻率特性

結(jié)論

分裂圓柱諧振器不僅適用于介電率測(cè)量，也是導(dǎo)電率評(píng)估的優(yōu)秀工具。對(duì)于銅箔制造商、基板制造商和器件制造商來說，它是設(shè)計(jì)的“指南針”。憑借每個(gè)樣品僅需約15秒的測(cè)量速度，其高效與高精度支持了下一代高頻材料開發(fā)和可靠電路設(shè)計(jì)。

例2

使用法布里珀羅振蕩器的導(dǎo)電率測(cè)量

傳統(tǒng)的導(dǎo)電率測(cè)量?jī)x器需要較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間，且結(jié)果波動(dòng)較大，因此在研發(fā)中很少被采用。法布里–珀羅諧振器的出現(xiàn)，毫米波頻段的測(cè)量精度顯著提升，實(shí)現(xiàn)了以往難以進(jìn)行的導(dǎo)電率評(píng)估。

1. 測(cè)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(cè)量，但通過將其中一面反射鏡替換為測(cè)試樣品，也可用于導(dǎo)電率測(cè)量（圖1）。先測(cè)量高純銅基準(zhǔn)，再插入被測(cè)樣品，即可獲得Q值。與基準(zhǔn)相比的差異能夠高精度地確定導(dǎo)電率。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠直接測(cè)量銅箔的導(dǎo)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(jìn)行導(dǎo)電率測(cè)量的步驟

2.特征

?頻率覆蓋范圍：23–110 GHz 與 110–170 GHz

?高速測(cè)量：每個(gè)頻點(diǎn)約4秒

?高重復(fù)性：同一樣品重復(fù)測(cè)量的偏差在±2%以內(nèi)

?可評(píng)估與介質(zhì)粘結(jié)狀態(tài)下的銅箔界面導(dǎo)電率

圖 3 展示了四種不同粗糙度銅箔的導(dǎo)電率測(cè)量結(jié)果。隨著頻率升高，表面較粗糙的銅箔相對(duì)導(dǎo)電率下降更明顯。即使每個(gè)樣品重復(fù)安裝和測(cè)量三次，也獲得了優(yōu)異的重復(fù)性。

圖3：不同粗糙度銅箔的重復(fù)性數(shù)據(jù)

（每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量三次）

3. 應(yīng)用實(shí)例

3.1 不同金屬的測(cè)量

如圖 4 所示，將四種金屬板拋光至鏡面，以排除表面狀態(tài)對(duì)導(dǎo)電率的影響。測(cè)量結(jié)果表明，從直流到 170GHz 范圍內(nèi)，導(dǎo)電率保持恒定，與理論預(yù)測(cè)一致，即金屬在 1 THz 以下導(dǎo)電率不會(huì)發(fā)生變化。

圖4：使用法布里 – 珀羅諧振器對(duì)不同金屬的測(cè)量結(jié)果

3.2 與介質(zhì)粘結(jié)的銅箔測(cè)量

如圖 5 所示，銅箔在與介質(zhì)粘結(jié)的狀態(tài)下也可進(jìn)行測(cè)量。將可熔性聚酰亞胺（MPI，厚度 50 μm）粘結(jié)到銅箔上，分別在粘結(jié)前后測(cè)量其導(dǎo)電率。結(jié)果表明，銅箔單體與 MPI– 銅箔界面的導(dǎo)電率一致。這使得對(duì)通過濺射或蒸鍍形成的樹脂 – 金屬界面導(dǎo)電率的評(píng)估成為可能。

圖5：與介質(zhì)粘結(jié)的銅箔導(dǎo)電率測(cè)量示例

結(jié)論

法布里–珀羅諧振器實(shí)現(xiàn)了在以往難以評(píng)估的頻率范圍內(nèi)的高精度、高速、高再現(xiàn)性的導(dǎo)電率測(cè)量。它支持銅箔、不同金屬以及與介質(zhì)粘結(jié)樣品的測(cè)量，是下一代通信和高頻IC封裝設(shè)計(jì)中不可或缺的評(píng)估工具。

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