高速互聯(lián)損耗是造成信號(hào)完整性問題的主要原因，損耗一般由四部分組成：損耗(導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗)、反射、串?dāng)_和差分傳輸中的模式轉(zhuǎn)換。銅導(dǎo)體損耗是互連損耗中的一種，本文主要來分析導(dǎo)體損耗的影響因素。

所有以1 Gbps及更高速率運(yùn)行的高速電子產(chǎn)品都受到互連中與頻率有關(guān)的損耗的影響。如果不考慮這些因素，很可能您的產(chǎn)品無法正常工作。這些與頻率有關(guān)的損耗會(huì)將發(fā)送端的漂亮眼圖變成接收端的完全閉合的眼圖。

設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)高效的系統(tǒng)是所需性能與功耗、成本、風(fēng)險(xiǎn)和時(shí)間成本之間的微妙平衡。盡管采用均衡可以協(xié)助眼圖張開，但這是以更高的功耗為代價(jià)的。

在損耗占主導(dǎo)的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的性能受到基本的物理限制，當(dāng)設(shè)計(jì)受到損耗的限制時(shí)，要考慮所有可用選項(xiàng)，以降低系統(tǒng)的損耗。通常，只有兩種選擇：較低的耗散因子Df的板材和與理想銅性能盡可能接近的銅箔。

這些市場(chǎng)力量一直在驅(qū)動(dòng)PCB供應(yīng)商提供具有越來越低耗散因子的板材，相同的力量推動(dòng)銅箔供應(yīng)商，正在開發(fā)性能幾乎與理想銅相同的銅箔。

銅導(dǎo)線每單位長(zhǎng)度串聯(lián)電阻的頻率依賴性取決于三個(gè)因素：

• 銅電導(dǎo)率

• 線寬

• 表面光滑度

  
  

趨膚效應(yīng)

影響銅損的頻率依賴性的首要因素是趨膚效應(yīng)，隨著頻率的提高，這會(huì)導(dǎo)致電流在信號(hào)路徑和返回路徑中重新分布，意味著電流流經(jīng)的橫截面變小，阻抗變大。

我們可以阻抗的角度分析趨膚效應(yīng)，趨膚效應(yīng)可以認(rèn)為是電流尋求最低阻抗路徑的趨勢(shì)造成的。

在DC時(shí)， 阻抗主要由電阻性阻抗決定，導(dǎo)體內(nèi)部和外部的阻抗是一樣的，電流均勻分布在導(dǎo)體橫截面上，各處的電流密度都是一樣的，

但是當(dāng)輸入交流信號(hào)時(shí)， 路徑阻抗主要由回路電感決定，導(dǎo)體內(nèi)部路徑的電感更大，感性阻抗越大，為尋找回路電感最低路徑，電流在導(dǎo)線上的分布會(huì)趨向?qū)w的表面。
趨膚深度可以通過下面的公式來計(jì)算，串聯(lián)電阻和頻率的平方根成正比。

銅箔表面光滑度的影響

長(zhǎng)期以來，我們認(rèn)為表面有紋理或粗糙的銅會(huì)增加額外的損耗，最近推出的SI-VSP（非常光滑）銅箔，可能已經(jīng)是銅光滑的極限。

在大約3 GHz以上，增加的銅導(dǎo)線串聯(lián)電阻，比僅依據(jù)趨膚效應(yīng)預(yù)期的要多。這與銅的粗糙度有關(guān)，在較高的頻率下，表面粗糙的銅可比理想的光滑銅所預(yù)期的損耗多一倍。

銅箔生產(chǎn)的目標(biāo)是開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)高效的方法，使銅足夠光滑，不會(huì)增加額外的損耗，但仍與PCB化學(xué)相容，以提供足夠的附著力、機(jī)械性能和蝕刻質(zhì)量

最近發(fā)布的SI-VSP銅箔，已接近理想的光滑銅性能，下圖是其電沉積（ED）銅箔的鏡面光滑表面紋理與其他傳統(tǒng)ED工藝中的啞光表面處理相比的示例。

 這項(xiàng)創(chuàng)新是通過新的電鍍化學(xué)和工藝來設(shè)計(jì)電沉積銅箔的晶粒結(jié)構(gòu)的結(jié)果。

SI-VSP銅箔成本最高，但表面也最平滑，損耗也最低。VSP鋁箔的第一個(gè)版本于2012年推出。在過去的七年中，VSP銅箔的化學(xué)技術(shù)取得了進(jìn)步， SI-VSP的表面輪廓均方根（Rz）約為0.5微米。

下圖顯示了不同等級(jí)VSP銅箔的不同結(jié)節(jié)結(jié)構(gòu)和所產(chǎn)生的表面紋理對(duì)損耗的影響。

銅表面越光滑，損耗越小，直接的結(jié)果是，降低了電路板表面的機(jī)械粘附力。 為了補(bǔ)充機(jī)械附著力，箔紙出廠前已進(jìn)行了三種表面處理。

進(jìn)行結(jié)節(jié)處理以增加與表面的粘合，然后，將鉻酸鋅合金鍍?cè)阢~的表面上，這樣可提供化學(xué)活性更高的表面，以實(shí)現(xiàn)更好的附著力，但不會(huì)改變表面紋理。然后，將充當(dāng)粘合促進(jìn)劑的硅烷偶聯(lián)劑涂覆在表面上。這些為不同的電路板化學(xué)材料定制的材料，將與電路板的粘合力提高到至少3 lb/ in的強(qiáng)度，它們還有助于電路板制造過程中光致抗蝕劑的附著。

硅烷偶聯(lián)增粘劑既有助于與層壓材料的粘合，又有助于電路板制造中光致抗蝕劑的粘合。這意味著可以更好地控制線寬，并且在需要時(shí)可以蝕刻更細(xì)的線。

不同等級(jí)的VSP銅箔都具有不同的表面紋理，對(duì)應(yīng)不同的粗糙損耗以及不同的成本。當(dāng)選擇可接受的低損耗的最低成本箔片時(shí)，這可以在成本-性能折衷之間實(shí)現(xiàn)更好的平衡。這也是為什么精確的建模工具不僅對(duì)探索互連結(jié)構(gòu)的性能，而且對(duì)性價(jià)比之間的平衡至關(guān)重要的另一個(gè)原因。

總結(jié)

隨著新的SI-VSP銅箔的推出，銅損已達(dá)到極限。減少銅損的唯一方向就是增加線寬。在邁向更高數(shù)據(jù)速率的過程中，這將成為成本性能權(quán)衡的重要因素.