Poniżej będziemy systematycznie analizować wybór obróbki powierzchni PCB-o wysokiej częstotliwości z czterech wymiarów: zasady efektu naskórku, mechanizmu wpływu sygnału trzech procesów, porównania zmierzonych danych i decyzji o wyborze.
Poniżej będziemy systematycznie analizować wybór obróbki powierzchni PCB-o wysokiej częstotliwości z czterech wymiarów: zasady efektu naskórku, mechanizmu wpływu sygnału trzech procesów, porównania zmierzonych danych i decyzji o wyborze.
| częstotliwość | Głębokość skóry miedzi | oznaczający |
|---|---|---|
| 1 GHz | Około 2,1 µm | Prąd rozchodzi się głównie w warstwie powierzchniowej o grubości 2,1 µm |
| 10 GHz | Około 0,66 µm | Stężenie prądu w warstwie powierzchniowej 0,66 μm |
| 28GHz | Około 0,40 µm | Pasmo częstotliwości fal milimetrowych 5G, wyjątkowo cienka warstwa powierzchniowa |
| 77 GHz | Około 0,24 μm | Pasmo częstotliwości radaru montowanego w pojeździe, niezwykle wrażliwe na powierzchnie |
2, Wpływ ENIG na sygnały
Struktura i zasada
Struktura procesu osadzania złota to: powierzchnia miedzi + warstwa niklu (3-5 μm) + warstwa złota (0,05 ~ 0,15 μm). Warstwa złota jest wyjątkowo cienka, a prawdziwym głównym korpusem jest warstwa niklu.
Analiza wpływu sygnału
1. Znaczący wzrost strat-o wysokich częstotliwościach
Rezystywność niklu jest ponad czterokrotnie większa niż miedzi, a grubość warstwy niklu (3-5 μm) jest znacznie większa niż głębokość skóry przy 10 GHz (0,66 μm)
Prądy o wysokiej częstotliwości rozchodzą się prawie całkowicie w warstwie niklu, a nie w warstwie miedzi
Według testów branżowych ENIG zwiększa straty o około 19,3% w porównaniu do czystej miedzi przy 10 GHz; Wzrost o około 25,1% przy 20 GHz
W paśmie częstotliwości 28 GHz ENIG może wprowadzić dodatkową tłumienność wtrąceniową wynoszącą około 0,06-0,15 dB/cm w porównaniu z gołą miedzią
2. Stopień uderzenia zależy od grubości warstwy niklu
Warstwa niklu wzrosła z 3 μm do 6 μm, co spowodowało wzrost utraty sygnału o około 15%.
Warstwa złota wzrosła z 0,03 μm do 0,1 μm, a straty wzrosły o około 5% (uderzenie jest znacznie mniejsze niż w przypadku warstwy niklu)
3. Inne ukryte ryzyka
Ryzyko czarnej pola lutowniczego: korozja i utlenianie warstwy niklu, wyjątkowo niska wytrzymałość mechaniczna połączeń lutowanych
Chropowatość warstwy niklu jest stosunkowo wysoka, co dodatkowo zwiększa impedancję ścieżki i odbicie
Granica zastosowania
Gdy częstotliwość robocza jest niższa niż 10 GHz, a budżet strat jest luźny, kompleksowa-opłacalność jest wysoka
Scenariusze wymagające-długiego przechowywania (ponad 12 miesięcy) i wielokrotnych napraw
Nie zaleca się stosowania częstotliwości fal milimetrowych powyżej 20 GHz
3, Wpływ srebra immersyjnego na sygnały
Struktura i zasada
Tonące srebro osadza na powierzchni miedzi bardzo cienką warstwę czystego srebra w wyniku reakcji wypierania, o grubości zwykle w zakresie od 0,1 do 0,3 μm.
Analiza wpływu sygnału
1. Optymalna wydajność-wysokiej częstotliwości
Rezystywność srebra (1,59 μ Ω · cm) jest nieco niższa niż miedzi, co czyni go najbardziej przewodzącym metalem spośród wszystkich metali
Grubość warstwy srebra (0,1–0,3 μm) jest mniejsza w porównaniu z grubością powłoki wynoszącą 10 GHz (0,66 μm), a prąd-o wysokiej częstotliwości może nadal dobrze przedostawać się do warstwy miedzi
Dodatkowa strata jest prawie nieistotna i jest najbardziej przyjaznym procesem obróbki powierzchni w przypadku sygnałów o wysokiej-częstotliwości
2. Dobra płaskość powierzchni
Powierzchnia warstwy srebra jest gęsta i gładka, co zmniejsza straty spowodowane chropowatością
W paśmie częstotliwości fal milimetrowych (powyżej 30 GHz) korzyści wynikające z płaskości są szczególnie istotne
Wyzwanie dotyczące niezawodności (koszt)
1. Migracja srebra
W środowisku o wysokiej wilgotności i polaryzacji jony srebra migrują wzdłuż powierzchni PCB, tworząc kryształy dendrytyczne
Może wystąpić wyciek lub nawet zwarcie pomiędzy polami lutowniczymi w małych odstępach (mniejszych lub równych 0,5 mm)
Szczególnie dotknięte są pary różnicowe wysokich częstotliwości lub linie mikropaskowe
2. Siarkowanie i utlenianie
Niezwykle wrażliwy na siarczki, może zmienić kolor po kilkugodzinnym wystawieniu na działanie powietrza
Wpływa na spawalność i stabilność rezystancji styku
Opakowanie szczelnie zamknąć i kontrolować czas ekspozycji przed nałożeniem plastra
3. Krótki okres przechowywania
Zwykle tylko 6-12 miesięcy, znacznie krócej niż ponad 12 miesięcy zanurzenia w złocie
Granica zastosowania
Wysoka częstotliwość RF powyżej 10 GHz, fala milimetrowa 5G, radar, komunikacja satelitarna
Szybkie łącza sygnałowe wymagające wyjątkowo niskich strat wtrąceniowych
Używaj ostrożnie w środowiskach o wysokiej wilgotności, na zewnątrz i w środowisku przemysłowym (wymaga trzyodpornej farby i zwiększania odstępów między podkładkami)
Produkty do długotrwałego przechowywania
4, Wpływ cyny zanurzeniowej na sygnały
Struktura i zasada
Osadzanie warstwy czystej cyny na powierzchni miedzi, zwykle o grubości 0,8-1,2 μm.
Analiza wpływu sygnału
1. Strata-wysokiej częstotliwości jest znacznie większa niż w przypadku osadzania się srebra
Rezystywność cyny jest 6,4 razy większa niż miedzi (11,0 × 10 ⁻⁸Ω· m)
Grubość warstwy cyny (0,8 ~ 1,2 μm) zbliża się lub przekracza głębokość skóry (0,66 μm) przy 10 GHz
Prąd o wysokiej częstotliwości rozchodzi się głównie w warstwie cyny o wysokiej rezystancji, ze znacznymi stratami wtrąceniowymi
2. Zaleta płaskości (jedyna atrakcja)
Powierzchnia osadzonej cyny jest wyjątkowo gładka, a utrata chropowatości przewodnika jest niewielka
Zaleta ta powinna być bardziej widoczna w paśmie częstotliwości fal milimetrowych, ale została zrównoważona przez wysoką rezystywność samej cyny
Wyzwanie dotyczące niezawodności
1. Wzrost cynowych wąsów
Podczas procesu uwalniania naprężenia warstwy cyny spontanicznie rosną wąsy wielkości mikrometrów
Wąskie odstępy między polami lutowniczymi mogą powodować sporadyczne zwarcia
Długoterminowe zagrożenie dla spójności-impedancji wysokich częstotliwości
2. Wzrost warstwy IMC
Związki międzymetaliczne miedzi i cyny (Cu ₆ Sn ₅ itp.) nadal rosną nawet w temperaturze pokojowej
Rezystywność IMC jest znacznie wyższa niż czystej cyny i wzrasta wraz ze starzeniem
Powolny wzrost rezystancji styków jest niedopuszczalny w przypadku-frontowych urządzeń RF, które wymagają wysokiej stabilności fazowej
3. Ograniczony okres przechowywania
Długotrwałe przechowywanie jest podatne na utlenianie i odbarwianie
Granica zastosowania
Zastosowania o niskiej częstotliwości poniżej 10 GHz
Scenariusze z wysokimi wymaganiami dotyczącymi płaskości i kompatybilności lutowniczej, takie jak elektronika samochodowa i przemysłowe płytki sterujące
Niezalecane w przypadku scenariuszy wykorzystujących fale radiowe/milimetrowe
Zastosowania wymagające wyjątkowo wysokiej stabilności fazowej
-
6, Sugestie dotyczące decyzji w sprawie wyboru
Wybierz według scenariusza zastosowania
1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>20 GHz, np. fala milimetrowa 5G, radar 77G)Preferowane: zanurzenie w srebrze - z najniższą-stratą częstotliwości i najlepszą wydajnością elektryczną
Środki wspomagające: pakowanie próżniowe, kontrola czasu ekspozycji przed łataniem, nałożenie farby trójodpornej w celu ograniczenia migracji srebra
Jeśli możliwości kontroli procesu montażu są duże, OSP jest najlepszą opcją o niskich stratach (ale ma krótki okres przechowywania i nie jest odporny na wielokrotne rozpływanie)
2. RF o wysokiej częstotliwości (5-20 GHz, np. 5G Sub-6G, WiFi 6E)
Pierwszy wybór: tonące srebro - optymalna wydajność przy uwzględnieniu spawalności
Alternatywa: Tonące złoto (przy wystarczającym budżecie strat) należy zwrócić uwagę na kontrolowanie grubości warstwy niklu w granicach 3-4 μm
3. Średnia niska częstotliwość (<5 GHz)+high reliability requirements
Pierwszy wybór: Tonące złoto - silna odporność na utlenianie, długi okres przechowywania, stabilne spawanie
W przypadku wrażliwości na koszty: osadzanie cyny (zwróć uwagę na ryzyko powstania wąsów cynowych i piecz, aby złagodzić stres)
-
4. Scenariusze takie jak radar samochodowy, które wymagają sztywności ze względu na płaskośćOsadzanie cyny + proces odprężania podczas pieczenia - optymalna płaskość, ale wymagana jest ścisła kontrola wąsów cyny i wzrostu IMC
Ważny dodatek: Nie ignoruj chropowatości folii miedzianej
Bez względu na wybraną obróbkę powierzchni, chropowatość znajdującej się pod spodem folii miedzianej często ma większy wpływ na straty-o wysokich częstotliwościach niż sama obróbka powierzchni:Przy wysokich częstotliwościach różnica strat w przewodzie spowodowana różną chropowatością może osiągnąć 0,3 ~ 0,5 dB/nch
Płytki wysokiej częstotliwości muszą być połączone z foliami miedzianymi VLP/HVLP o niskiej chropowatości i zaprojektowane w połączeniu z procesami obróbki powierzchni
Poprzedni proces mikrotrawienia może również mieć wpływ na ostateczną chropowatość powierzchni i wymagana jest jasna komunikacja z fabryką płyt
-