1. 引言
5G、毫米波雷達(dá)等高頻場(chǎng)景(24GHz+)中,PCB內(nèi)層銅厚對(duì)信號(hào)完整性的影響被放大——趨膚效應(yīng)導(dǎo)致高頻信號(hào)僅在銅箔表面0.5μm~2μm傳輸,若內(nèi)層銅厚過(guò)厚(如3oz),不僅無(wú)法提升信號(hào)質(zhì)量,還會(huì)增加信號(hào)衰減(超30%);某5G模塊廠商曾因內(nèi)層銅厚選用2oz(實(shí)際需1oz),導(dǎo)致模塊接收靈敏度下降5dB,無(wú)法滿足通信標(biāo)準(zhǔn)。捷配高頻PCB團(tuán)隊(duì)深耕6年,累計(jì)交付80萬(wàn)+片24GHz~60GHz高頻PCB,本文拆解趨膚效應(yīng)下內(nèi)層銅厚的選型邏輯、優(yōu)化方法及驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn),助力解決高頻信號(hào)衰減問(wèn)題。
高頻 PCB 內(nèi)層銅厚設(shè)計(jì)需遵循IPC-2141(高頻印制板設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn))第 7.3 條款,核心圍繞 “趨膚深度” 與銅厚的匹配關(guān)系:趨膚深度公式為 δ=√(ρ/(πfμ))(ρ 為銅電阻率,f 為頻率,μ 為磁導(dǎo)率),25℃時(shí)銅電阻率 ρ=1.72×10^-8Ω?m,按公式計(jì)算:24GHz 頻段趨膚深度 δ≈0.8μm,39GHz 頻段 δ≈0.6μm,60GHz 頻段 δ≈0.4μm。這意味著高頻信號(hào)僅在銅箔表面 0.4μm~0.8μm 傳輸,內(nèi)層銅厚只需覆蓋 2~3 倍趨膚深度(即 1.2μm~2.4μm)即可,對(duì)應(yīng)銅厚約 0.5oz(1.7μm),完全滿足高頻需求。捷配實(shí)驗(yàn)室測(cè)試顯示:24GHz 頻段下,1oz 內(nèi)層銅厚(3.5μm)的信號(hào)損耗比 2oz(7μm)低 28%,比 3oz(10.5μm)低 42%—— 因過(guò)厚銅箔會(huì)增加 “渦流損耗”,導(dǎo)致信號(hào)衰減加劇。此外,高頻內(nèi)層銅厚公差需控制在 ±5%,若公差超 ±10%,會(huì)導(dǎo)致同批次 PCB 信號(hào)損耗偏差超 15%,不符合GB/T 18313(印制板頻率特性測(cè)試方法)第 4.2 條款。
- 頻段匹配選型:
- 24GHz~30GHz 頻段:選 0.5oz~1oz 內(nèi)層銅厚(覆蓋 3 倍趨膚深度 0.8μm×3=2.4μm),優(yōu)先用高延展性電解銅箔(延伸率≥15%),符合IPC-4562(電解銅箔標(biāo)準(zhǔn))Class A;
- 30GHz~60GHz 頻段:選 0.5oz 內(nèi)層銅厚(1.7μm,覆蓋 3 倍趨膚深度 0.6μm×3=1.8μm),選用羅杰斯 RO4350B 基材(介電常數(shù) 4.4±0.05),確保銅厚與基材結(jié)合力≥1.2N/mm(按 IPC-TM-650 2.4.8 測(cè)試);
- 工藝優(yōu)化措施:
- 銅箔預(yù)處理:采用 “微蝕刻” 工藝(蝕刻深度 0.1μm~0.2μm),降低銅箔表面粗糙度(Ra≤0.3μm),減少信號(hào)散射損耗,捷配蝕刻生產(chǎn)線(JPE-Etch-800)配備粗糙度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);
- 壓合控制:壓合溫度 180℃±3℃,壓力 28kg/cm²,保溫時(shí)間 90min,避免銅箔因壓力不均導(dǎo)致厚度偏差,同板銅厚偏差需≤±5%;
- 信號(hào)驗(yàn)證:
- 損耗測(cè)試:用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(JPE-VNA-900)測(cè)試插入損耗,24GHz 頻段 1oz 銅厚 PCB 插入損耗需≤0.8dB/inch,符合IPC-2141 Class 1 標(biāo)準(zhǔn);
- 阻抗測(cè)試:內(nèi)層傳輸線阻抗偏差需≤±3%(如 50Ω 阻抗控制在 48.5Ω~51.5Ω),用阻抗測(cè)試儀(JPE-Imp-600)全檢。
高頻 PCB 內(nèi)層銅厚優(yōu)化核心是 “趨膚深度匹配”,避免盲目選用厚銅導(dǎo)致信號(hào)損耗加劇,需嚴(yán)格按頻段選型并控制工藝偏差。捷配可提供 “高頻銅厚選型 - 定制生產(chǎn) - 信號(hào)驗(yàn)證” 全流程服務(wù):免費(fèi)提供趨膚深度測(cè)算,支持 0.5oz~2oz 高頻內(nèi)層銅厚定制,實(shí)驗(yàn)室可按 IPC-2141 標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展插入損耗、阻抗測(cè)試。