Máy tính độ sâu bề mặt | rfcalclab.com

Cách sử dụng máy tính độ sâu lớp da

Chọn một vật liệu dẫn điện hoặc nhập điện trở suất (ρ) và độ từ thẩm tương đối (μr) tùy chỉnh. Nhập tần số để xem dòng RF thâm nhập vào bề mặt kim loại sâu đến đâu. Công cụ tính δ = √(ρ / (π·f·μr·μ₀)), trong đó μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m; độ sâu lớp da là độ sâu mà mật độ dòng giảm còn khoảng 37% (1/e) so với giá trị tại bề mặt.

Ở tần số cao, dòng dồn lại gần bề mặt (hiệu ứng lớp da), làm tăng điện trở xoay chiều hiệu dụng. Với đồng (ρ ≈ 1,72×10⁻⁸ Ω·m, μr = 1) độ sâu lớp da khoảng 66 µm ở 1 MHz nhưng co lại chỉ còn ~2,1 µm ở 1 GHz — lưu ý nó tỷ lệ theo 1/√f, nên tần số tăng 100 lần làm độ sâu giảm 10 lần. Đó là lý do nhiều linh kiện RF được mạ bạc hoặc mạ vàng, vì dòng không bao giờ chạm tới kim loại nền rẻ hơn bên dưới.

Kết quả giúp chọn độ dày lớp mạ phù hợp và thiết kế cuộn cảm Q cao hoặc đường truyền suy hao thấp. Một quy tắc thực dụng là làm lớp mạ dẫn điện dày ít nhất ba đến năm độ sâu lớp da để kim loại bề mặt mang gần như toàn bộ dòng điện. Các vật dẫn từ tính như niken hoặc sắt có μr cao, cho độ sâu lớp da nhỏ hơn nhiều và suy hao lớn hơn nhiều ở RF — một lý do khiến đầu nối và lớp hoàn thiện PCB chứa sắt bị tránh dùng trên các đường tín hiệu quan trọng.

Câu hỏi thường gặp

Hiệu ứng bề mặt là gì?

Hiệu ứng bề mặt là xu hướng của dòng điện xoay chiều phân bố trong dây dẫn sao cho mật độ dòng điện lớn nhất gần bề mặt và giảm theo độ sâu tăng dần.

Tại sao độ sâu bề mặt quan trọng ở RF?

Ở tần số RF, độ sâu bề mặt cực kỳ nhỏ (micromet). Chỉ có lớp bề mặt của dây dẫn mang dòng điện. Mạ một kim loại có độ dẫn điện cao (như bạc) làm giảm tổn hao đáng kể.

Độ từ thẩm của vật liệu có ảnh hưởng đến độ sâu bề mặt không?

Có. Vật liệu từ tính (độ từ thẩm cao) như sắt hoặc niken có độ sâu bề mặt nhỏ hơn nhiều so với vật liệu không từ tính như đồng, dẫn đến tổn hao cao hơn ở tần số cao.