EMラボ株式会社

ファブリペロ共振器による導電率測定について

EMラボ株式会社

Solution Partner

EMラボの導電率測定ソリューション

ファブリペロ共振器を用いた導電率測定
リファレンス測定銅箔または金属板を板で挟み共振器に挿入

キャリブレーション不要！
試料のエッチング不要！
誰が測定しても同じ値！
驚きの再現性！
比導電率=1でも測定可能！
誘電体付きでも銅箔単体でも測定可能！

ボタンを押すだけでリファレンス測定！
1日に2~3回実施するだけ！(4分/回)

試料測定
あとはボタンを押すだけで導電率の周波数特性が得られます！
4分/1サンプル

複数の試料も簡単測定3

比導電率：軟銅の導電率(5.8×107S/m)を1とした値

粗し銅箔の測定例
比導電率
1.1
1

Rz=0.6um

0.9

Rz=0.7um

0.8

比導電率

0.7

Rz=1.2um

0.6

アルミホイル

0.5
0.4
0.3

Rz=2.5um

0.20.102030405060708090100110120130140150

Frequency (GHz)

ブロードバンド

4Dバンド

160170GHz比導電率：軟銅の導電率(5.8×107S/m)を1とした値

測定再現性(測定⇔試料再設置×各3回)
比導電率
1.1
1Rz=0.6um

0.9Rz=0.7um

0.8

比導電率

0.7Rz=1.2um

0.6
0.5
0.4
0.3

Rz=2.5um

0.2
0.1
020

4060

80

100120140

驚異の再現性！
5160180

周波数(GHz)誘電体付きの銅箔の界面導電率も測定できる
銅箔単体

銅箔

誘電体付き銅箔
誘電体

この面の導電率を測定できます！

6

比導電率：軟銅の導電率(5.8×107S/m)を1とした値

粗し銅箔の測定例

誘電体：MPI厚み：50um程度

比導電率
1.1

10.90.8

比導電率

0.7Rz=1.2um
誘電体付き/誘電体無し

0.60.50.40.3Rz=2.5um
誘電体付き/誘電体無し

0.20.102030405060708090100110120130140150160170

Frequency (GHz)

ブロードバンド

Dバンド

誘電体を圧着する前後で導電率は変わらない！
7GHz

比導電率：軟銅(5.8×107S/m)を1としたときの導電率

金属の実測値
比導電率
1.1

無酸素銅

10.90.8

比導電率

0.7

アルミ

0.60.50.40.3

真鍮

0.2

リン青銅

0.1
0020406080100120140160180

周波数(GHz)
直流での導電率

高周波の導電率は概ね直流での導電率に一致
8販売・受託測定
2023/9～
受託測定サービスも実施中！(23~170GHz)
とりあえず手元の試料の導電率が知りたいという方にご好評いただいております！

2024/4/1～
発売開始しました！

EMラボ株式会社

担当者：柳本舎那
連絡先：shana.yanagimoto@emlabs.jp

9なぜ導電率の測定が必要なのか？

10

基板の伝送損失
パッチアンテナ

マイクロストリップライン

出力信号

出力信号
入力信号

入力信号
基板内の減衰で電波が飛びにくくなる

基板内の伝送損失で減衰
伝送損失の原因①：誘電損失

伝送損失の原因②：導電損失
信号伝搬

信号伝搬

h

導体電場

h

電流

誘電体
誘電体に電場が生じることで損失が生じる。
Dfが大きいほど損失が大きくなる。

銅箔の抵抗値によって損失が生じる。
σが大きいほど損失が小さくなる。

いい誘電体基板は、①Dfが小さく11②σが大きい基板伝送損失の実際
単に誘電体のDfを小さく銅箔のσを大きくすれば良いのでは？
• Dfとσは無関係？
• Dfとσどちらが大事？
• Dfとσは周波数によって変わる？
• Dfとσは評価できるの？

12

樹脂と導電率の深い関係
接着面がツルツルだとはがれてしまうh

粗度：低PTFE：誘電正接0.0002
接着性：悪＝粗度：高接着面を粗らしておけば強く接着する

粗度：高MPI：誘電正接0.005
接着性：良 = 粗度：低誘電正接？粗度？導電率？どういう関係がある？
13

なぜ粗度が導電率に影響するの？
高周波では粗度が大きいと表皮効果により導電率が悪化する！

10MHz 表皮深さ：20um
5um

電流

まだ表皮深さが粗度に対して深いので導電率は悪化しない
低い周波数では粗度は導電率に影響しない
電流の経路が長いほど導電率が低くなる。

1GHz 表皮深さ：2um
表皮を流れ始める
粗度が導電率に影響し始める

100GHz

表皮深さ0.2um
電流がほとんど表皮を流れている
粗度によって導電率が悪化する
高周波では粗度が顕著に導電率に影響する

しかも・・・RaやRzだけで導電率が決まるわけではない。
下図の黒線が長いほど導電率が低いことを意味する。
両者はRaもRzも同じであるが、経路長は。。。
ARz

BRz
Bの方が２倍も長い！
＝導電率は半減＝導電損は2倍！！
Rzが小さくても実は導電率は悪いかもしれない！

MSLシミュレーション
誘電率：3.5
誘電体厚み＝50um
線路：100㎜
周波数：~170GHz

導電損と誘電損による伝送損失のイメージ
0※実際はDfもσも周波数特性を持ちますが、一定としています。

-2-4-6

導電損のみ
Df＝0 & σ=1-8

Dfもσも周波数特性を持たないとしたら伝送損失はそれぞれ同じぐらいなんだ！

誘電損のみ
Df＝0.005 & σ=∞-10-12-14-1602040608010012014016160180GHz

誘電率：3.5
誘電体厚み＝50um
線路50㎜
周波数：1~170GHz

伝送ロスを小さくするには？
0-5

伝送損失を小さくするには誘電正接を小さくすればいいんだよね？

誘電体の伝送損失を改善したい→Dfを下げよう！

-10-15-20

Df=0.005/σ=0.3
Dfが高く、銅箔にくっつきにくい樹脂-2525 dB＠170 GHzのロス-3002040608010012014017160180 GHz誘電率：3.5
誘電体厚み＝50um
線路50㎜
周波数：1~170GHz

樹脂のDfを下げて伝送ロスを減らす
0-5

頑張って誘電正接を半分にして5.1dB@170GHz改善した！
もうこれ以上は無理？

-10-15-20

Df=0.005/σ=0.3
5.1dB
Dfが高く、銅箔にくっつきにくい樹脂-25-30020406080100120140160

Df=0.0025/σ=0.3
Dfが低く、銅箔にくっつきにくい樹脂

180 GHz

数GHz帯ではDfを減らすことに注力されていた。
18誘電率：3.5
誘電体厚み＝50um
線路50㎜
周波数：1~170GHz

銅箔の粗度を下げれば伝送ロスが減る！
0

数十～数百GHz帯では導電率も考慮しないといけない-5

Df=0.0025/σ=1Dfが低く、銅箔にくっつきやすい樹脂-10

銅箔にくっつきやすくしたらさらに6.5dB改善した！

導電率の良化による改善

-15

6.5dB
-20

Df=0.005/σ=0.3
5.1dB
Dfが高く、銅箔にくっつきにくい樹脂-25

Df=0.0025/σ=0.3
Dfが低く、銅箔にくっつきにくい樹脂
Dfの低下による改善-30
020406080100120140160

180 GHz

ミリ波帯では樹脂のDfを下げるだけではなく粗度の低い銅にくっつくことも重要
19誘電損の周波数特性を考慮すると0-2Dfの周波数特性を考慮しないとミリ波では大きくずれちゃうんだね！

樹脂の多くは高周波で損失が大きくなる-4-6-8誘電損のみ
Df＝0.005 & σ=∞-104dB@170 GHz-12誘電損のみ
Dfに周波数特性を入れた & σ=∞-14-1602040608010012014020160180GHz

導電損の周波数特性はとても大事: 20 GHzを超えたら要注意
0銅箔表面が粗れていると高周波で損失が大きくなる-2

導電率の周波数特性はこんなに影響が大きいんだね！

-43dB@40 GHz-6導電損のみ
Df＝0 & σ=1-87dB@170 GHz-10-12導電損のみ
Df=0 & σに実測の周波数特性を入れた-14-1602040608010012014021160180GHz