Kako odabrati površinsku obradu za-visokofrekventnu PCB ploču? Analiza učinaka tonuća zlata, tonuća srebra i tonuća kositra na signale

U nastavku ćemo sustavno analizirati odabir visoko{0}}frekventne obrade površine PCB-a iz četiri dimenzije: princip kožnog efekta, mehanizam utjecaja signala tri procesa, usporedba izmjerenih podataka i odluka o odabiru.

U nastavku ćemo sustavno analizirati odabir visoko{0}}frekventne obrade površine PCB-a iz četiri dimenzije: princip kožnog efekta, mehanizam utjecaja signala tri procesa, usporedba izmjerenih podataka i odluka o odabiru.

2, Utjecaj 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). Sloj zlata je izuzetno tanak, a pravo glavno tijelo je sloj nikla.

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

2. Stupanj utjecaja ovisi o debljini sloja nikla
Sloj nikla povećao se s 3 μm na 6 μm, što je rezultiralo povećanjem gubitka signala od približno 15 %
Sloj zlata povećao se s 0,03 μm na 0,1 μm, a gubitak se povećao za oko 5% (utjecaj je puno manji od utjecaja sloja nikla)

3. Ostali implicitni rizici
Rizik crne lemne ploče: korozija i oksidacija sloja nikla, izuzetno niska mehanička čvrstoća lemljenih spojeva
Hrapavost sloja nikla je relativno visoka, što dodatno povećava impedanciju puta i refleksiju

Granica primjenjivosti
Kada je radna frekvencija ispod 10 GHz i proračun gubitaka je labav, sveobuhvatna isplativost-je visoka
Scenariji koji zahtijevaju dugo-skladištenje (preko 12 mjeseci) i višestruke popravke
Ne preporučuju se frekvencije milimetarskih valova iznad 20 GHz

3, Utjecaj Immersion Silver na signale
Struktura i princip
Tonjenje srebra taloži vrlo tanak sloj čistog srebra na površini bakra kroz reakciju pomaka, s debljinom koja se obično kreće od 0,1 do 0,3 μm.

Analiza utjecaja signala
1. Optimalne visoko-frekventne performanse
Otpor srebra (1,59 μ Ω · cm) nešto je niži od otpora bakra, što ga čini najvodljivijim metalom među svim metalima
Debljina srebrnog sloja (0,1~0,3 μm) je tanja u usporedbi s dubinom sloja od 10 GHz (0,66 μm), a visoko{4}}struja još uvijek može dobro ući u sloj bakra
Dodatni gubitak je gotovo zanemariv i najpovoljniji je proces obrade površine za visokofrekventne-signale
2. Dobra ravnost površine
Površina srebrnog sloja je gusta i glatka, smanjujući gubitke raspršenja uzrokovane hrapavošću
U frekvencijskom pojasu milimetarskih valova (iznad 30 GHz), prednosti ravnosti su posebno značajne

Izazov pouzdanosti (cijena)
1. Migracija srebra
Pod visokom vlažnošću i pristranim okruženjem, srebrni ioni migriraju duž površine PCB-a kako bi formirali dendritične kristale
Može doći do curenja ili čak do kratkog spoja između ploča za lemljenje s malim razmakom (manje od ili jednako 0,5 mm)
Posebno su pogođeni visokofrekventni diferencijalni parovi ili mikrotrakasti vodovi
2. Sumporenje i oksidacija
Izuzetno osjetljiv na sulfide, može promijeniti boju nakon višesatnog izlaganja zraku

Utječe na zavarljivost i stabilnost kontaktnog otpora

Strogo zatvorite ambalažu i kontrolirajte vrijeme ekspozicije prije nanošenja flastera
3. Kratak vijek trajanja
Obično samo 6-12 mjeseci, puno niže od više od 12 mjeseci uranjanja u zlato

Granica primjenjivosti
RF visoke frekvencije iznad 10 GHz, 5G milimetarski val, radar, satelitska komunikacija
Signalne veze velike brzine koje zahtijevaju iznimno male gubitke unesenog signala
Koristite s oprezom u visokoj vlažnosti, vanjskim i industrijskim okruženjima (zahtijevaju tri otporne boje i povećanje razmaka između jastučića)
Proizvodi za dugotrajno skladištenje

4, Utjecaj uronjenog kositra na signale
Struktura i princip
Nanošenje sloja čistog kositra na površinu bakra, obično debljine 0,8-1,2 μm.

Analiza utjecaja signala
1. Gubitak visoke-frekventnosti znatno je veći od gubitka taloženja srebra
Otpornost kositra je 6,4 puta veća od otpornosti bakra (11,0 × 10 ⁻⁸Ω· m)
Debljina sloja kositra (0,8~1,2 μm) približava se ili premašuje dubinu sloja (0,66 μm) na 10 GHz
Visokofrekventna struja uglavnom se širi u sloju kositra visokog otpora, sa značajnim unesenim gubicima
2. Prednost ravnosti (jedini naglasak)
Površina nanesenog kositra je izuzetno glatka, a gubitak hrapavosti vodiča je mali
Ta je prednost trebala biti izraženija u frekvencijskom pojasu milimetarskih valova, ali je nadoknađena visokim otporom samog kositra

Izazov pouzdanosti
1. Rast kositrenih brkova
Tijekom procesa oslobađanja naprezanja sloja kositra spontano rastu igličasti brkovi veličine mikrometra
Uzak razmak između lemnih ploča može uzrokovati povremene kratke spojeve
Dugoročna prijetnja do-konzistentnosti visokofrekventne impedancije
2. Rast IMC sloja
Intermetalni spojevi bakra i kositra (Cu ₆ Sn 5, itd.) nastavljaju rasti čak i na sobnoj temperaturi
Otpornost IMC-a mnogo je veća od otpornosti čistog kositra i povećava se starenjem
Sporo povećanje kontaktnog otpora neprihvatljivo je za RF prednje{0}}uređaje koji zahtijevaju visoku faznu stabilnost
3. Ograničeni vijek trajanja
Dugotrajno skladištenje sklono je oksidaciji i gubitku boje

Granica primjenjivosti
Niskofrekventne aplikacije ispod 10 GHz
Scenariji s visokim zahtjevima za ravnost i kompatibilnost lemljenja, kao što su automobilska elektronika i industrijske upravljačke ploče
Ne preporučuje se za scenarije RF/milimetarskih valova
Primjene koje zahtijevaju izuzetno visoku faznu stabilnost

•  
•  

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

  Preferirano: srebrna imerzija - s najmanjim gubitkom visoke-frekvencije i najboljom električnom izvedbom

  Prateće mjere: vakuumirano zatvoreno pakiranje, kontrola vremena izlaganja prije krpanja, nanošenje tropostojne boje za suzbijanje migracije srebra

  Ako je sposobnost kontrole procesa montaže jaka, OSP je krajnja opcija s malim gubicima (ali ima kratko razdoblje skladištenja i nije otporan na višestruko pretakanje)

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

  Prvi izbor: srebro koje tone - optimalna izvedba, uzimajući u obzir i zavarljivost

  Alternativa: Tonjenje zlata (kada je proračun gubitaka dovoljan), obratite pozornost na kontrolu debljine sloja nikla unutar 3-4 μm

  3. Srednja niska frekvencija (<5 GHz)+high reliability requirements

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

  Ako je cijena osjetljiva: taloženje kositra (imajte na umu rizik od kositrenih brkova i pecite da biste se oslobodili stresa)

•  

   

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

  Taloženje kositra+proces smanjenja stresa pečenja - optimalna ravnost, ali potrebna je stroga kontrola brkova kositra i rasta IMC-a

  Važan dodatak: Nemojte zanemariti hrapavost bakrene folije
  Bez obzira na odabranu površinsku obradu, hrapavost donje bakrene folije često ima veći utjecaj na visoko-frekventne gubitke nego sama površinska obrada:

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

  Visokofrekventne ploče moraju biti uparene s VLP/HVLP bakrenim folijama niske hrapavosti i dizajnirane zajedno s procesima obrade površine

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

•