趨膚深度通常是指射頻(RF)電路中電流所在導(dǎo)體內(nèi)的深度?？梢韵胂笠幌拢^察圓形導(dǎo)線的橫截面，就能夠看到截面上哪些地方有電流流過(guò)。如果電流由電池提供的直流電（DC），則電流密度在導(dǎo)線的橫截面上呈現(xiàn)均勻分布，電流密度在該導(dǎo)線區(qū)域的任何地方都是相同的。

如果將電流源換成正弦交流電，你會(huì)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線外邊緣的電流密度大于導(dǎo)線中間的電流密度。隨著頻率不斷提高，你會(huì)注意到在導(dǎo)線橫截面區(qū)域的中間部分某些點(diǎn)上，是沒(méi)有電流流過(guò)的，并且大部分電流會(huì)集中到導(dǎo)體的外邊緣（導(dǎo)體外表面）上。這就是趨膚深度的基本概念。

下面這個(gè)公式將有助于我們理解趨膚深度和哪些因素有關(guān)系。趨膚深度（ð）的簡(jiǎn)單定義是：

ð = (1/(π*f*µ*σ))^0.5（公式1）

其中：π是圓周率，它是固定常數(shù)，f是頻率，μ是磁導(dǎo)率，σ是電導(dǎo)率。

估計(jì)大多數(shù)人在第一次看到這個(gè)公式時(shí)，會(huì)有些發(fā)懵。但實(shí)際上這個(gè)公式很容易理解。公式中符號(hào)“μ”值與金屬的磁性有關(guān)，銅的相對(duì)值約為1，因此銅的磁導(dǎo)率μ對(duì)方程沒(méi)有任何影響。公式中符號(hào)“σ”的值與金屬的導(dǎo)電性有關(guān)，銅是導(dǎo)電性最好（高導(dǎo)電性）的金屬之一。

從公式1大家可以很容易的看到趨膚深度與各個(gè)變量之間的關(guān)系。例如：隨著頻率“f”的增加（更高頻率），趨膚深度“ð”會(huì)變小。同理：如果使用導(dǎo)電率“σ”較低的金屬，則趨膚深度會(huì)變大，這是在PCB導(dǎo)體上應(yīng)用某些類型的最終表面處理時(shí)會(huì)發(fā)生的情況。表面鍍層對(duì)趨膚深度的影響是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題，如果你想了解更多信息，可以參考我?guī)讉€(gè)月前寫過(guò)的相關(guān)文章。

工業(yè)上常用的一種特殊的表面處理方法是化學(xué)鎳金（ENIG），ENIG的影響與導(dǎo)體的邊緣效應(yīng)有關(guān)。在導(dǎo)體與基板接觸的導(dǎo)體邊緣，自然會(huì)有更高的電流密度，而這些邊緣金屬導(dǎo)電性的差異將導(dǎo)致射頻性能的差異。在ENIG的加工工藝下，假設(shè)在趨膚深度很厚的極低頻率下，導(dǎo)體邊緣的電導(dǎo)率是由銅- 鎳 - 金組成的復(fù)合電導(dǎo)率。隨著頻率增加，復(fù)合電導(dǎo)率將由鎳- 金決定。在非常高的頻率下，電導(dǎo)率將只與鍍金層有關(guān)。

為了讓您了解不同金屬的電導(dǎo)率，我們給出幾種常用金屬的值（單位是10⁷S/m），銅為5.8，鎳為1.5，金為4.5。實(shí)際上，這些值僅適用于純金屬。而實(shí)際電路中，這些用于PCB加工的金屬通常是合金，其導(dǎo)電性會(huì)略有不同，但這些都是很好的參考值?？梢?jiàn)鎳的導(dǎo)電性大約是銅的1/4，因此這也是射頻問(wèn)題的雙刃劍。較低的電導(dǎo)率會(huì)導(dǎo)致更大的插入損耗，并且還會(huì)增加趨膚深度，這意味著射頻電流流過(guò)了更多的有損金屬。

ENIG還有另一個(gè)問(wèn)題，即與“磁”相關(guān)的潛在問(wèn)題。純鎳的相對(duì)磁導(dǎo)率（μ）非常高，約為500，但用于ENIG的鎳是具有比純鎳更低μ值的合金-- 但是它這個(gè)值依然很大。隨著μ的增加，在趨膚深度公式中可以看出趨膚深度將減小。這是鎳具有較低導(dǎo)電率的抵消因素。另外還有與金屬相關(guān)的磁損耗，鎳確實(shí)比銅有更高的磁損耗。其類似于與電介質(zhì)有關(guān)的損耗，介電損耗與損耗因子（Df）有關(guān)，而磁損耗與之類似，與金屬的磁性有關(guān)。

下面是一個(gè)ENIG和趨膚深度相關(guān)的實(shí)際工程案例。有一位客戶告訴我們，當(dāng)他們測(cè)試相同設(shè)計(jì)的多個(gè)電路的性能時(shí)，發(fā)現(xiàn)這些電路的射頻損耗明顯不同。這基本上是不同電路間的變化。結(jié)果進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)這些電路的工作頻率為800MHz（0.8 GHz），這是一個(gè)有趣的頻率，因?yàn)樗婕暗搅伺cENIG有關(guān)的趨膚深度。

在該頻率下，銅的趨膚深度約為2.3微米（約92微英寸），而對(duì)于ENIG來(lái)說(shuō)，則會(huì)稍厚一些。受許多因素影響，ENIG的鎳層可以從50-250微英寸不等。正常情況下ENIG的電路與電路之間的變化并不是那么極端，但ENIG的正常鎳厚度變化會(huì)因許多不同的原因而有所不同。

結(jié)果表明，鎳的厚度變化在合適的厚度范圍內(nèi)，對(duì)趨膚深度變化有一定的影響，這與銅鎳金的復(fù)合導(dǎo)電率隨鎳厚度的不同而不同的原因。在800MHz的這個(gè)頻率下，鎳厚度的變化對(duì)趨膚深度和相關(guān)的插入損耗有顯著影響。但如果在24 GHz頻率下的應(yīng)用，此時(shí)趨膚深度約為17微英寸，則復(fù)合的金屬導(dǎo)體將不會(huì)影響電路的性能，因?yàn)镋NIG的復(fù)合金屬由大約僅8微英寸的金組成，其余均為鎳。最后，當(dāng)然，這僅僅是位于導(dǎo)體邊緣ENIG影響插入損耗的例子。

約翰·孔羅德是羅杰斯公司的技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理。