[分享] 5G印刷电路板铜箔表面粗糙度

使用激光显微镜测量超出 Rz（最大高度）的粗糙度
分析 5G 印刷电路板上铜箔的表面粗糙度
移动电话的快速普及推动了移动通信系统的创新，该系统大约每十年就会进行一次重大的技术革新。这一演变始于 20 世纪 80 年代第一个使用模拟移动电话的移动通信系统 (1G)。第二代（2G）为手机带来了电子邮件和互联网，而第三代（3G）则提供了高速、大容量的通信。第四代（4G）带来了更高的速度和更大的容量，使手机成为观看视频和玩游戏的平台。2020年，我们进入了第五代，即5G。
5G技术实现超高速度和超大容量。此外，它还可以实现每平方公里多达 100 万台设备的多个同时连接（4G 的每平方公里有 10 万台设备），延迟低至 0.001 秒（4G 的延迟为 0.01 秒）。5G将拥有各种各样的物联网（IoT）应用，例如大容量通信的视频分发和利用低延迟的自动驾驶，以及智能手机等移动设备的传统服务。
5G网络图
5G 技术使用比 4G 更高的频率。随着信号频率的升高，组成网络的电子设备必须能够最大限度地传输高频信号。为此，这些设备进行了各种技术改造。在本应用笔记中，我们重点关注一项调整——设备印刷电路板 (PCB) 中使用的铜箔的粗糙度。
印刷电路板上的铜箔在加热和加压后粘附到绝缘体（树脂板）上，同时其表面被粗糙化。作为质量保证过程的一部分，通过分析Rz （最大高度）来评估粗化铜箔与绝缘体的附着力，以使用触针式表面粗糙度测试仪检查其表面粗糙度。
5G 使用较高频率的一个问题是传输损耗，即电磁波通过通信路径时的信号丢失。传输损耗有两种类型：介电损耗，由原材料中产生的电场引起；导体损耗，由导体对元件（例如 PCB 上的电线）的电阻引起（图 1） ）。例如，在安装在 5G 天线中的 PCB 中，电信号的较高频率导致其在铜箔表面附近传输，从而导致一种称为趋肤效应的导体损耗。

图 1：两种类型的传输损耗。
当在导体中传输交流电时，会发生集肤效应。随着电流频率的增加，大部分电流流向导体表面附近，从而导致传输损耗（图 2）。

图 2：铜电路中信号传输区域的横截面图（左）以及频率与趋肤深度之间的关系（右）。
然而，可以通过控制电路中使用的铜箔的粗糙度来降低传输损耗。虽然粗糙的铜箔会通过散射信号来增加传输损耗，但使用凹凸（粗糙度）小于集肤深度的电路会导致信号传输路径较短，从而减少信号损耗（图3）。

图3：铜电路表面粗糙度与传输损耗之间的关系
在使用高频频段的5G应用中，控制铜箔的粗糙度极其重要。然而，使用接触笔评估箔片的粗糙度很困难，因为凹面/凸面小于探针尖端的直径，因此很难捕获准确的测量结果。此外，触针探头尖端也会损坏箔片的表面。在 5G 应用中，即使是微小的 Rz（高度）差异也会影响箔的有效性，因此使用能够进行三维（平面）评估的非接触式高分辨率激光显微镜是有益的。