Kako odabrati površinsku obradu za visoko-štampane ploče? Analiza efekata tonuće zlata, srebra i kalaja koji tone na signale

U nastavku ćemo sistematski analizirati izbor visokofrekventne obrade površine PCB-a iz četiri dimenzije: princip skin efekta, mehanizam uticaja signala tri procesa, poređenje izmjerenih podataka i odluka o izboru.

U nastavku ćemo sistematski analizirati izbor visokofrekventne obrade površine PCB-a iz četiri dimenzije: princip skin efekta, mehanizam uticaja signala tri procesa, poređenje izmjerenih podataka i odluka o izboru.

2, Uticaj ENIG-a na signale
Struktura i princip
Struktura procesa taloženja zlata je: površina bakra+sloj nikla (3-5 μm)+sloj zlata (0,05~0,15 μm). Zlatni sloj je izuzetno tanak, a pravo glavno tijelo je sloj nikla.

Analiza uticaja signala
1. Značajno povećanje gubitaka-visokih frekvencija
Otpornost nikla je više od četiri puta veća od bakra, a debljina sloja nikla (3-5 μm) je mnogo veća od dubine kože na 10 GHz (0,66 μm)
Struje visoke frekvencije šire se gotovo u potpunosti unutar sloja nikla, a ne u sloju bakra
Prema industrijskim testovima, ENIG povećava gubitke za približno 19,3% u poređenju sa golim bakrom na 10 GHz; Povećanje za približno 25,1% na 20 GHz
Na frekvencijskom opsegu od 28 GHz, ENIG može uvesti dodatni gubitak umetanja od približno 0,06-0,15 dB/cm u poređenju sa golim bakrom

2. Stepen udara zavisi od debljine sloja nikla
Sloj nikla se povećao sa 3 μm na 6 μm, što je rezultiralo povećanjem gubitka signala od približno 15%.
Sloj zlata se povećao sa 0,03 μm na 0,1 μm, a gubitak je povećan za oko 5% (uticaj je mnogo manji od sloja nikla)

3. Ostali implicitni rizici
Rizik od crnog lemnog jastučića: korozija i oksidacija sloja nikla, izuzetno niska mehanička čvrstoća lemnih spojeva
Hrapavost sloja nikla je relativno visoka, što dodatno povećava impedanciju putanje i refleksiju

Granica primenljivosti
Kada je radna frekvencija ispod 10 GHz i budžet za gubitke je slab, sveobuhvatna -ekonomičnost je visoka
Scenariji koji zahtijevaju-dugotrajno skladištenje (preko 12 mjeseci) i višestruke popravke
Ne preporučuju se frekvencije milimetarskog talasa iznad 20 GHz

3, Utjecaj Immersion Silvera na signale
Struktura i princip
Potonuće srebro taloži vrlo tanak sloj čistog srebra na površini bakra reakcijom pomicanja, čija se debljina obično kreće od 0,1 do 0,3 μm.

Analiza uticaja signala
1. Optimalne visoke-performanse
Otpornost srebra (1,59 μ Ω· cm) je nešto niža od otpornosti bakra, što ga čini najprovodljivijim metalom među svim metalima
Debljina srebrnog sloja (0,1~0,3 μm) je tanja u poređenju sa dubinom kože od 10 GHz (0,66 μm), a visokofrekventna struja još uvijek može dobro ući u sloj bakra
Dodatni gubitak je gotovo zanemariv i najprikladniji je proces površinske obrade za visoko{0}}signale
2. Dobra ravnost površine
Površina srebrnog sloja je gusta i glatka, smanjujući gubitke raspršivanja uzrokovane hrapavosti
U frekvencijskom opsegu milimetarskih talasa (iznad 30 GHz), prednosti ravnosti su posebno značajne

Izazov pouzdanosti (cijena)
1. Srebrna migracija
U okruženju visoke vlažnosti i pristranosti, joni srebra migriraju duž površine PCB-a da formiraju dendritske kristale
Može doći do curenja ili čak kratkog spoja između jastučića za lemljenje sa finim razmakom (manjim ili jednakim 0,5 mm)
Posebno su pogođeni visokofrekventni diferencijalni parovi ili mikrotrakaste linije
2. Sumporizacija i oksidacija
Izuzetno osjetljiv na sulfide, može promijeniti boju nakon nekoliko sati izlaganja zraku

Utiče na zavarljivost i stabilnost kontaktne otpornosti

Strogo zatvorite ambalažu i kontrolirajte vrijeme izlaganja prije nanošenja flastera
3. Kratak vijek trajanja
Obično samo 6-12 mjeseci, mnogo manje od više od 12 mjeseci potapanja u zlato

Granica primenljivosti
RF visoke frekvencije iznad 10 GHz, 5G milimetarski talas, radar, satelitska komunikacija
Visoke brzine signalnih veza koje zahtijevaju izuzetno male gubitke pri umetanju
Koristite s oprezom u visokoj vlažnosti, na otvorenom i u industrijskom okruženju (zahtijevajući tri postojane boje i povećanje razmaka između jastučića)
Proizvodi za dugotrajno skladištenje

4, Utjecaj Immersion Tin na signale
Struktura i princip
Nanošenje čistog kalajnog sloja na površinu bakra, tipično debljine 0,8-1,2 μm.

Analiza uticaja signala
1. Visok-gubitak frekvencije je znatno veći od gubitka srebra
Otpornost kalaja je 6,4 puta veća od bakra (11,0 × 10 ⁻⁸Ω· m)
Debljina limenog sloja (0,8~1,2 μm) se približava ili premašuje dubinu kože (0,66 μm) na 10 GHz
Struja visoke frekvencije se uglavnom širi u sloju kalaja visokog otpora, sa značajnim gubitkom umetanja
2. Prednost ravnosti (jedini naglasak)
Površina nanesenog kalaja je izuzetno glatka, a gubitak hrapavosti provodnika je mali
Ova prednost je trebala biti izraženija u frekvencijskom opsegu milimetarskih valova, ali je nadoknađena visokom otpornošću samog kalaja

Izazov pouzdanosti
1. Rast limenih brkova
Tokom procesa oslobađanja naprezanja limenog sloja, mikrometarski igličasti brkovi spontano rastu
Uzak razmak između pločica za lemljenje može uzrokovati povremene kratke spojeve
Dugoročna prijetnja konzistentnosti impedanse visoke{0}}frekvencije
2. Rast sloja IMC
Intermetalna jedinjenja bakra i kalaja (Cu ₆ Sn ₅, itd.) nastavljaju rasti čak i na sobnoj temperaturi
Otpornost IMC je mnogo veća od otpornosti čistog kalaja i raste sa starenjem
Sporo povećanje kontaktnog otpora je neprihvatljivo za RF prednje{0}} uređaje koji zahtijevaju visoku faznu stabilnost
3. Ograničen vijek trajanja
Dugotrajno skladištenje je sklono oksidaciji i promeni boje

Granica primenljivosti
Aplikacije niske frekvencije ispod 10 GHz
Scenariji s visokim zahtjevima za ravnost i kompatibilnost lemljenja, kao što su automobilska elektronika i industrijske kontrolne ploče
Ne preporučuje se za scenarije RF/milimetarskih talasa
Aplikacije koje zahtijevaju izuzetno visoku faznu stabilnost

•  
•  

• 6, Prijedlozi odluke o odabiru
  Odaberite prema scenariju aplikacije
  1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>20 GHz, kao što je 5G milimetarski talas, 77G radar)

  Poželjno: srebrna imerzija - s najmanjim gubitkom visoke-frekvencije i najboljim električnim performansama

  Prateće mjere: vakuumsko zapečaćeno pakovanje, kontrola vremena izlaganja prije krpljenja, nanošenje tri otporne boje za suzbijanje migracije srebra

  Ako je sposobnost kontrole procesa montaže jaka, OSP je ultimativna opcija sa malim gubicima (ali ima kratak period skladištenja i nije otporan na višestruko prelijevanje)

  2. RF visoke frekvencije (5-20 GHz, kao što je 5G Sub-6G, WiFi 6E)

  Prvi izbor: potopljeno srebro - optimalne performanse, uz istovremeno razmatranje zavarljivosti

  Alternativa: potapanje zlata (kada je budžet dovoljan), obratite pažnju na kontrolu debljine sloja nikla unutar 3-4 μm

  3. Srednje niske frekvencije (<5 GHz)+high reliability requirements

  Prvi izbor: Potopljeno zlato - jaka otpornost na oksidaciju, dug vijek trajanja, stabilno zavarivanje

  Ako je osjetljivo na troškove: taloženje kalaja (obratite pažnju na rizik od brkova od lima i pecite kako biste ublažili stres)

•  

   

  4. Scenariji kao što je automobilski radar koji zahtijevaju krutost za ravnost

  Taloženje lima + proces oslobađanja od stresa pri pečenju - optimalna ravnost, ali je potrebna stroga kontrola brkova lima i rasta IMC-a

  Važan dodatak: Nemojte zanemariti hrapavost bakarne folije
  Bez obzira koji se površinski tretman odabere, hrapavost osnovne bakarne folije često ima veći utjecaj na gubitke visoke-frekvencije nego sam površinski tretman:

  Na visokim frekvencijama, razlika u gubitku provodnika uzrokovana različitim hrapavostima može doseći 0,3~0,5 dB/nch

  Ploče visoke frekvencije moraju biti uparene sa VLP/HVLP bakrenim folijama niske hrapavosti i dizajnirane u kombinaciji s procesima površinske obrade

  Prethodni proces mikro jetkanja također može utjecati na konačnu hrapavost površine, a potrebna je jasna komunikacija s tvornicom ploča

•