Copper foil roughness and high-frequency insertion loss: from surface treatment to a 224G loss budget
At 224G the conductor loss of a link is dominated by copper foil roughness. The article breaks down HVLP foil selection, oxide bonding tooth profile and how to build an insertion-loss budget, then turns them into acceptance and sourcing criteria.
結論先行：在 224G 鏈路裡，"換更貴的低損耗板材"往往不是第一優先順序——真正被低估的是銅箔粗糙度。它決定導體損耗的放大係數，而這個放大係數隨頻率升高會趨於飽和。所以決策點不是"買最平滑的銅箔"，而是把 Rz 與趨膚深度的比值壓進 1~2 區間；越過這個拐點後，繼續升級銅箔的邊際收益迅速衰減，而壓合附著力與成本風險反而上升。
一、損耗的兩半，比例會翻轉
插入損耗由介質損耗與導體損耗疊加：介質損耗隨頻率線性上升（正比於 f 與 Df），導體損耗按 √f 上升。頻率越高介質損耗佔比越大，這是"選低 Df 材料"的由來；但反過來，低 Df 材料把介質損耗壓下去之後，導體損耗就成了主導項——此時粗糙度從次要項變成首位項。兩者必須一起選，只最佳化其中一個必定失手。
導體損耗裡，銅箔表面粗糙會讓電流路徑變長、等效增加串聯電阻，工程上用粗糙度校正係數表達。關鍵量不是 Rz 的絕對值，而是 Rz 與趨膚深度 δ 的比值：
- δ（銅）：28 GHz 約 0.40 μm，56 GHz 約 0.28 μm。
- 校正係數：Rz/δ ≈ 1 時約 1.6；Rz/δ ≥ 10 後趨於飽和，上限約 2.0。
這解釋了一個常被混淆的現象：粗銅箔在 10 GHz 就已經吃掉大半預算（Rz/δ 早已接近飽和），而在 56 GHz 換 HVLP 的收益也比想象中小——因為 δ 只有 0.28 μm，Rz 0.8 μm 的銅箔也落在 Rz/δ ≈ 3 附近，距離飽和上限並不遠。頻率越高，"換銅箔"越不是解法。
二、銅箔檔位與"轉移"效應
行業常見量級（用於選型定位，非絕對值）：標準銅箔 Rz 約 5~8 μm；反轉處理銅箔（RTF）約 2~3 μm；HVLP 系列逐代收斂到 1 μm 以下，HVLP4 已進入 0.5 μm 級。但真正決定損耗的是壓合後的有效粗糙度：樹脂與銅箔咬合會把形貌"轉移"到介面，實際值以壓合後為準，不能只看原箔規格書。
這帶出第二個陷阱：表面處理（棕化/黑化）與低粗糙度銅箔互為約束。棕化的任務是"咬得住"，而咬合力來自微觀粗糙；給低粗糙度銅箔配上高咬合表面處理，等於把剛買來的平滑度又還回去。低粗糙度銅箔應配化學鍵合型、粗糙度增量控制在亞微米級的處理方案。
三、疊構裡三個常被忽略的點
- 參考層銅箔同樣算數：返回電流貼近參考面流動，參考面的粗糙度同樣貢獻導體損耗，只換訊號層是不完整的。
- 阻焊層：高速走線上方的阻焊厚度與 Df 會影響損耗與阻抗，高速區宜控制厚度或按疊構要求區域性開窗。
- 玻璃布型別：布紋造成 Dk 區域性起伏，進而影響阻抗一致性與差分偏斜；高速區建議用扁平化/開纖布，並與銅箔選擇一併評審。
四、驗收要落到可測的口徑
粗糙度不能靠來料報告背書，應做插入損耗實測：用 VNA 配合差分測試 coupon，按 delta-insertion-loss（IEEE 370）口徑去除夾具影響，讀點建議覆蓋 10 / 20 / 28 / 40 / 56 GHz；coupon 必須與產品同疊構、同銅箔、同表面處理，再疊一條 TDR 看阻抗連續性。目標值寫進規格書時用 dB/inch 或 dB/mm，不要只寫一句"低損耗材料"。
五、五條可執行建議
- 先算 Rz/δ 再決定銅箔檔位：Rz/δ 已 ≥10 的場景，錢應花在減短 stub、縮短走線、選低 Df 材料上，而不是繼續追 HVLP。
- 訊號層與參考層成對升級銅箔，避免只換一半。
- 低粗糙度銅箔必須匹配低咬合的棕化方案，並在壓合後複測有效粗糙度或直接測損耗。
- 規格書同時鎖定 Df、銅箔 Rz 檔位、壓合後處理方案、插入損耗目標（分頻點）四項。
- 詢價時一併給出疊構、鏈路長度與目標損耗，便於在打樣階段就鎖定材料與製程視窗。
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