Page 58 - 電路板季刊第112期

56 專業技術 毫米波天線之老化影響評估

熱時效的測試條件為在一大氣壓及等溫 透過VNA (型號：Anritsu M7838E)與
(150 °C)下，進行退火處理，時間分別為 無反射室(型號：BWant MW5)進行實際
0 h (initial)、24 h、及48 h。其中，退火 量測。經由上述分析，可完整的評估銅
溫度(150 °C)係以國際汽車電子協會所制 線路老化對微帶天線性能的實際影響，
定之車用被動元件標準(AEC-Q200 [20]) 並透過實際量測驗證HFSS模擬結果的
中，其熱循環溫度(Grade 0: -50–150 準確性。
°C)的上限來作為評估。 四、熱時效後銅線路老化情形

4.1 X射線光電子能譜儀(XPS)
圖2呈現微帶天線在退火處理0–48
h後的表面情形，可明顯看出裸銅線在退
火處理後出現異色狀況。圖3顯示微帶天
線於150 °C退火(a) 24 h與(b) 48 h後之
XPS縱深分析結果。其中，XPS分析直
徑為400 µm。XPS分析顯示，退火24 h
後(圖3a)銅線路表面區域(< 200 nm)確實
已發生明顯的氧化現象。此時，表面銅
及氧原子濃度分別約為58.5–71.1 at.%

及29.0–41.5 at.%，該比例符合Cu O
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圖2、 微帶天線(裸銅線)於150 °C退火0 h 之化學計量。當退火時間延長至48 h後
(initial)、24 h、及48 h之表面樣貌 (圖3b)，氧化層(65.2–75.6 at.% Cu；
。本圖引用自文獻[17]。 24.4–34.8 at.% O)厚度已超過1000

在 退 火 處 理 0–48 h 後 ， 接 著 利 nm。換言之，隨退火時間增長，銅線路
用X射線光電子能譜儀(XPS；型號： 的氧化情形將越發嚴重。
Thermo VG-Scientific Sigma Probe) 圖4顯示微帶天線於150 °C退火(a)

與穿透式電子顯微鏡 ( TEM ；型號： 24 h與(b) 48 h後的Cu 2p與O 1s XPS
JEOL JEM2100)分析銅線路氧化物組 能譜。由於樣品表面的電荷累積會影響
成與顯微結構。TEM薄膜樣品係由聚焦 量測結果的準確性[21]，因此XPS分析需
離子束(FIB；型號：FEI Versa 3D)所 進行能量校正。本研究以碳的特徵峰(C
製備。此外，亦利用TEM能量色散光譜 1s)作為校正基準(284.6 eV)。由Cu 2p
儀(TEM-EDS)來分析氧化層的元素分佈 能譜可知，在933.5 eV與953.3 eV處出
情形。長時間等溫退火對介電特性的影 現明顯特徵峰，其分別對應Cu 2p 與Cu
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響，透過向量網路分析儀(VNA；型號： 2p 軌域之束縛能(binding energy)。此
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Anritsu M7838A)及放置介電材的開放 外，在Cu 2p能譜中，未觀察到明顯衛星
式共振器(iProphet)，在室溫下量測其 峰(satellite peak)結構，顯示表面銅以
介電常數(Dk)與耗散因子(Df)。隨後， Cu 為主，未形成明顯Cu 。另外，在束
+
2+
將所得之材料參數代入3D電磁模擬軟體 縛能530.2 eV處可觀察到另一特徵峰，
(ANSYS-HFSS；版本：2024R1)，以 其對應晶格氧(O )之O 1s特徵峰。上述
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模擬天線性能(S 、G、及θ)。最後，則 分析說明了，裸銅線在150 °C氧化後，
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