1, Dlaczego HASL nie nadaje się do płyt wysokiej częstotliwości?
Podstawowe przyczyny można przypisać czterem głównym kwestiom: „jeden wysoki poziom, dwie nierówności i jeden wpływ”:
1. Rezystywność cyny jest zbyt wysoka → utrata sygnału gwałtownie wzrasta
To jest zasadniczy powód. Sygnały o wysokiej częstotliwości wykazują efekt naskórkowości -, prąd płynie tylko bardzo cienką warstwą na powierzchni przewodnika:
2. Nierówność powierzchni → silne odbicie sygnału
Lutowanie natryskowe to proces fizyczny, w którym do spłaszczenia stopionego lutowia wykorzystuje się nóż z gorącym powietrzem, z błędem płaskości powierzchni wynoszącym około ± 2 μm i obecnością mikromorfologii, takiej jak wypukłości, wgłębienia i szczyty lutowia.
Sygnały o wysokiej częstotliwości są niezwykle wrażliwe na gładkość powierzchni. - Nierówne powierzchnie przypominają „wyboiste drogi”, co może powodować odbicia sygnału, rozproszenie i nieciągłość impedancji, bezpośrednio pogarszając tłumienie sygnału zwrotnego i integralność sygnału. Natomiast płaskość procesu złota zanurzeniowego może sięgać ± 0,5 μm, czyli blisko powierzchni lustra.
3. Nierówna grubość → utrata kontroli przez impedancję
Zakres grubości natryskiwania cyną jest szeroki (5-25 μm lub nawet większy) i występują znaczne różnice w grubości w różnych obszarach, co powoduje:
Efektywna szerokość linii i równoważna stała dielektryczna linii mikropaskowych/paskowych są niestabilne
Impedancja ulega znacznym wahaniom i nie może spełnić wymagań tolerancji impedancji wynoszących ± 5 Ω lub nawet bardziej rygorystycznych w przypadku kart wysokiej-częstotliwości
Przesunięcie częstotliwości rezonansowej i spadek wzmocnienia anteny
4. Szok termiczny w wysokiej temperaturze → Ryzyko związane z podłożem o wysokiej częstotliwości
Natryskiwanie cyną wymaga zanurzenia całej płytki w roztopionym lutowiu o temperaturze 250-260 stopni C, co powoduje poważny szok termiczny w przypadku płytek wysokiej-na bazie PTFE, takich jak Rogers i Taconic, co może łatwo prowadzić do wypaczenia płytki i rozwarstwienia międzywarstwowego, szczególnie w przypadku grubych i dużych płyt.
Ponadto kulki cyny i zadziory powstające podczas natryskiwania cyny mogą również powodować drobne zwarcia i zakłócenia elektromagnetyczne.
2, Jak wybrać pomiędzy tonącym złotem, tonącym srebrem i OSP?
Ranking wydajności trzech procesów przy wysokich-częstotliwościach wygląda następująco: osadzanie srebra ≈ OSP
1. Złoto immersyjne ENIG (złoto immersyjne niklowe)
Struktura: warstwa miedzi + niklu (3-5 μm) + warstwa złota (0,05-0,15 μm)
Zagrożenie wysoką częstotliwością: Gdy częstotliwość przekracza 10 GHz, głębokość naskórka (0,66 μm) jest znacznie mniejsza niż grubość warstwy niklu (3-5 μm), a prąd prawie całkowicie rozchodzi się w warstwie niklu o wysokiej rezystancji. Zmierzona strata przy 10 GHz jest o około 19,3% większa niż w przypadku czystej miedzi, a przy 20 GHz jest o około 25,1% większa. Dodatkowa tłumienność wtrąceniowa przy 28 GHz wynosi około 0,06-0,15 dB/cm.
Obowiązujące scenariusze:
Częstotliwość robocza poniżej 10 GHz i luźny budżet strat
Wymaga-długiego przechowywania, wielokrotnych napraw/spawania
Dostępne są pakiety BGA, QFN i inne pakiety o drobnej podziałce
Zwróć uwagę na ryzyko powstania „czarnej płyty” i wybierz fabrykę płyt pod ścisłą kontrolą. Zawartość fosforu w warstwie niklu powinna wynosić od 7% do 9%
2. Immersja srebrna (srebro immersyjne)
Struktura: Warstwa miedzi i srebra (0,1-0,4 μm)
Zaleta rdzenia: Srebro ma najwyższą przewodność spośród wszystkich metali, nawet nieco lepszą niż miedź. Przy 10 GHz strata wzrasta jedynie o 2,12% w porównaniu z czystą miedzią, a przy 20 GHz wzrasta jedynie o 0,96%, co czyni ten proces zapewniającym najlepszą-wydajność w zakresie wysokich częstotliwości.
Główne zagrożenia:
Migracja jonów srebra: W środowisku o wysokiej wilgotności i polaryzacji jony srebra migrują wzdłuż powierzchni, tworząc kryształy dendrytyczne, co może powodować wycieki, a nawet zwarcia pomiędzy delikatnie rozmieszczonymi polami lutowniczymi
Siarkowanie/utlenianie: wrażliwy na siarczki, może zmienić kolor po kilku godzinach przebywania na powietrzu
Wysokie wymagania dotyczące przechowywania, należy kontrolować czas ekspozycji przed montażem
Obowiązujące scenariusze:
Zastosowania fal milimetrowych powyżej 20 GHz (radar 77G, antena fal milimetrowych 5G, komunikacja satelitarna)
Łącza o dużej prędkości/RF, które są bardzo wrażliwe na budżety strat
Używaj ostrożnie w środowiskach o dużej wilgotności, na zewnątrz i w środowisku przemysłowym (wymaga trzyodpornej farby i zwiększania odstępów między podkładkami)
3. OSP (organiczna maska lutownicza)
Struktura: Miedź + organiczna membrana chelatująca (0,2-0,5 μm)
Podstawowa zaleta: bez stosowania warstw metali o wysokiej rezystywności,-wysoka częstotliwość jest całkowicie zgodna z gołą miedzią, powierzchnia jest najgładsza, a impedancja najbardziej stabilna. Koszt jest najniższy spośród trzech procesów.
Główne ograniczenia:
Folia jest wyjątkowo cienka i nieodporna na wielokrotne lutowanie (warstwa folii ulegnie zniszczeniu już po jednym przelaniu)
Krótki okres przechowywania, wrażliwy na wilgoć i temperaturę
Nie nadaje się do produktów wymagających naprawy lub-długoterminowych zapasów
Niestabilna rezystancja styku, nie nadaje się do zastosowań stykowych, takich jak przyciski i złącza
Obowiązujące scenariusze:
Moduły fal milimetrowych powyżej 20 GHz wymagają wyjątkowo dużych strat
Jednorazowy proces lutowania rozpływowego, małe próbki badawczo-rozwojowe
Produkty wrażliwe na koszty i charakteryzujące się szybką rotacją produkcji
Nie nadaje się do wielokrotnego spawania,-długoterminowego przechowywania i zastosowań kontaktowych