PCB技術 - PCB基板の皮膚深さと最終表面処理との相互作用

PCB基板の皮膚深さと最終表面処理との相互作用

皮膚の深さは、通常、無線周波数の導体の深さを指すRF 回路 基板 現在の位置. 円形の線の断面を観察することによって想像する, あなたは、電流がどこで横断面を通って流れるかについて見ることができます.直流（DC）バッテリによって電流が供給される場合, 電流密度は、ワイヤの断面にわたって均一に分布する, そして、電流密度は、ワイヤ領域のどこでも同じである.

電流源を正弦波交流に変更すると、ワイヤの外側の電流密度は、ワイヤの真ん中の電流密度よりも大きいことがわかる。周波数が増加し続けて、あなたはワイヤーの断面積の真中のいくつかの点で、電流が流れない、そして、電流の大部分が導体（外側の表面の表面）に集中することに気がつくでしょう。これは、皮膚の深さの基本的な概念です。

以下の式は、どの要素が皮膚深さに関連しているかを理解するのを助けます。皮膚深さの簡単な定義は、√÷（1 /（←×f *））（0.5）（式1）

このうち、1／2は円周率であり、一定の定数であり、fは周波数であり、1／4は透磁率であり、磁歪は電気伝導率である。

ほとんどの人が最初にこの式を見ると少し混乱するだろう。しかし、実際には、この式は理解しやすいです。式中の「1／4」の値は金属の磁気特性に関係し、銅の相対値は約1であるので、銅の透磁率は式に影響を与えない。式中の「○○」の値は金属の導電率に関係する。銅は最高の導電率（高い電気伝導率）を持つ金属の一つである。

F 1から, 皮膚の深さと様々な変数の関係を簡単に見ることができます. 例えば、周波数「f」の増加（周波数が高いほど）, 皮膚の深さは、同じことが本当です：あなたがより低い伝導率「金属」を使うならば, 皮膚の深さは大きくなる, これは、特定の種類の最終的な表面処理が 基板PCB導体.

皮膚深度と最終表面処理との相互作用

工業で一般的に使用される特殊な表面処理方法は、化学ニッケル金（ENIG）である。enigの影響は導体のエッジ効果に関係している。導体が基板と接触している導体の縁部においては、当然のことながら、より高い電流密度となり、エッジ金属の導電率の差は、無線周波数性能の違いになる。enigの処理技術の下では，表皮深さが非常に厚い非常に低い周波数で，導体の端部の伝導率は銅‐ニッケル‐金からなる複合伝導性であると仮定した。周波数が増加すると、複合導電率はニッケル金によって決定される。非常に高い周波数では、伝導率は金めっき層にのみ関係する。

異なる金属の伝導度を知るために、いくつかの共通金属（単位は107s / m）、銅は5.8、ニッケルは1.5、金は4.5である。実際には、これらの値は純粋な金属にのみ適用されます。実際の回路では、PCB処理に使用されるこれらの金属は通常合金であり、導電率は若干異なるが、これらは良好な基準値である。ニッケルの導電率は銅の約1 / 4であることがわかるので、これは無線周波数問題のための両刃の剣でもある。より低い導電率は、より大きな挿入損失をもたらし、また、より深い損失電流を流れるRF電流が流れる深さを増加させる。

enigには，「磁性」に関する潜在的な問題がある。純ニッケルの比透磁率（1／4）は非常に高く、約500であるが、ENIGで使用されるニッケルは純ニッケルよりも低い1／4の値を有する合金であるが、その値は依然として非常に大きい。皮膚の深さが減少する皮膚深さ式から、1 / 4の増加として見ることができます。これはニッケルの低い伝導率に対する反作用因子である。金属関連磁気損失も存在する。ニッケルは銅より高い磁気損失を有する。それは誘電体に関連する損失と類似している。誘電損失は損失因子（df）に関係し，磁気損失は金属の磁気特性に関連している。

ENEGと皮膚の深さに関連した実際のエンジニアリングケースです. 顧客は、彼らが複数のパフォーマンスをテストするとき、我々にそれを話しました 回路基板 同じデザインの, これらの回路のむせんしゅうはすう損失は著しく異なっている. これは基本的に異なる回路の間の変化です. その結果、これらの回路の動作周波数は800 MHz（0.8 GHz）であり、それは興味深い周波数であるので、それはenig。

この周波数では、銅の表皮深さは約2.3ミクロン（約92マイクロインチ）であり、一方、ENIGでは、わずかにより厚い。多くの要因によって影響されて、Enigのニッケル層は、50 - 250マイクロインチから変動することができます。通常の状況下では、回路の回路変更に対する回路は極端ではないが、ENIGの通常のニッケル厚の変化は、多くの異なる理由により変化する。

その結果，ニッケルの厚さ変化は適切な厚さ範囲内での表皮深さ変化に影響を与え，銅，ニッケル，金の複合導電率がニッケルの厚さによって変化する理由である。800 MHzのこの周波数では、ニッケルの厚さの変化は、皮膚深さおよび関連する挿入損失に大きな影響を与える。しかし、24 GHzの周波数での適用では、皮膚深さは約17マイクロインチであるので、複合金属導体は、回路の性能に影響を及ぼさない。なぜなら、ENIGの複合金属は約8マイクロインチの金で構成され、残りは全てニッケルである。最後に、もちろん、これは挿入損失に影響する導体の端部におけるENIGの例である。