Kako izbrati površinsko obdelavo za visoko-frekvenčno tiskano ploščo? Analiza učinkov tonečega zlata, tonečega srebra in kositra na signale

V nadaljevanju bomo sistematično analizirali izbiro visoko{0}}frekvenčne površinske obdelave tiskanega vezja iz štirih razsežnosti: princip kožnega učinka, mehanizem vpliva signala treh procesov, primerjava izmerjenih podatkov in odločitev o izbiri.

V nadaljevanju bomo sistematično analizirali izbiro visoko{0}}frekvenčne površinske obdelave tiskanega vezja iz štirih razsežnosti: princip kožnega učinka, mehanizem vpliva signala treh procesov, primerjava izmerjenih podatkov in odločitev o izbiri.

2, Vpliv ENIG na signale
Zgradba in princip
Struktura postopka nanašanja zlata je: površina bakra + plast niklja (3-5 μ m) + plast zlata (0,05 ~ 0,15 μ m). Zlata plast je izjemno tanka, pravo glavno telo pa je plast niklja.

Analiza vpliva signala
1. Znatno povečanje visokofrekvenčnih-izgub
Upornost niklja je več kot štirikrat večja od upornosti bakra, debelina plasti niklja (3-5 μm) pa je veliko večja od globine kože pri 10 GHz (0,66 μm)
Visokofrekvenčni tokovi se skoraj v celoti širijo znotraj plasti niklja in ne bakrene plasti
Glede na industrijske teste ENIG poveča izgube za približno 19,3 % v primerjavi z golim bakrom pri 10 GHz; Povečanje za približno 25,1 % pri 20 GHz
V frekvenčnem pasu 28 GHz lahko ENIG povzroči dodatno vstavljeno izgubo približno 0,06–0,15 dB/cm v primerjavi z golim bakrom

2. Stopnja udarca je odvisna od debeline plasti niklja
Plast niklja se je povečala s 3 μm na 6 μm, kar je povzročilo povečanje izgube signala za približno 15 %.
Zlata plast se je povečala z 0,03 μm na 0,1 μm, izguba pa se je povečala za približno 5 % (vpliv je veliko manjši kot pri plasti niklja)

3. Druga implicitna tveganja
Nevarnost črne spajkalne blazinice: korozija in oksidacija plasti niklja, izjemno nizka mehanska trdnost spajkalnih spojev
Hrapavost plasti niklja je razmeroma visoka, kar dodatno poveča impedanco poti in odboj

Meja uporabnosti
Ko je delovna frekvenca pod 10 GHz in proračun za izgube ohlapen, je celovita stroškovna-učinkovitost visoka
Scenariji, ki zahtevajo dolgo{0}}shranjevanje (več kot 12 mesecev) in več popravil
Frekvence milimetrskih valov nad 20 GHz niso priporočljive

3, Vpliv potopnega srebra na signale
Zgradba in princip
Toneče srebro odloži zelo tanko plast čistega srebra na površino bakra z reakcijo izpodrivanja, z debelino, ki je običajno v razponu od 0,1 do 0,3 μm.

Analiza vpliva signala
1. Optimalna visoko{1}}frekvenčna zmogljivost
Upornost srebra (1,59 μ Ω · cm) je nekoliko nižja od upornosti bakra, zaradi česar je najbolj prevodna kovina med vsemi kovinami.
Debelina srebrovega sloja (0,1~0,3 μm) je tanjša v primerjavi z globino kože 10 GHz (0,66 μm), visoko{4}}frekvenčni tok pa lahko še vedno dobro prehaja v bakreno plast
Dodatna izguba je skoraj zanemarljiva in je najprijaznejši postopek površinske obdelave za visoko-frekvenčne signale
2. Dobra površinska ravnost
Površina srebrovega sloja je gosta in gladka, kar zmanjšuje izgube zaradi sipanja zaradi hrapavosti
V frekvenčnem pasu milimetrskih valov (nad 30 GHz) so prednosti ravnosti še posebej pomembne

Izziv zanesljivosti (strošek)
1. Selitev srebra
Pod visoko vlažnostjo in pristranskim okoljem srebrovi ioni migrirajo vzdolž površine PCB, da tvorijo dendritične kristale
Lahko pride do puščanja ali celo kratkega stika med spajkalnimi ploščami z majhnim razmikom (manj kot ali enako 0,5 mm)
Posebej prizadeti so visokofrekvenčni diferencialni pari ali mikrotrakasti vodi
2. Žveplanje in oksidacija
Izjemno občutljiv na sulfide, lahko spremeni barvo po večurni izpostavljenosti zraku

Vpliva na varljivost in stabilnost kontaktnega upora

Pred namestitvijo obliža strogo zaprite embalažo in kontrolirajte čas izpostavljenosti
3. Kratka doba shranjevanja
Običajno le 6-12 mesecev, veliko nižje od več kot 12 mesecev potopitve v zlato

Meja uporabnosti
Visokofrekvenčni RF nad 10 GHz, 5G milimetrski valovi, radar, satelitska komunikacija
Visokohitrostne signalne povezave, ki zahtevajo izjemno nizko vstavljeno izgubo
Previdno uporabljajte v okoljih z visoko vlažnostjo, na prostem in v industrijskih okoljih (potrebna je triodporna barva in povečana razdalja med blazinicami)
Izdelki za dolgotrajno shranjevanje

4, Vpliv potopnega kositra na signale
Zgradba in princip
Nanos plasti čistega kositra na površino bakra, običajno z debelino 0,8-1,2 μm.

Analiza vpliva signala
1. Izguba-visoke frekvence je bistveno večja kot izguba pri nanašanju srebra
Upornost kositra je 6,4-krat večja od upornosti bakra (11,0 × 10 ⁻⁸Ω· m)
Debelina plasti kositra (0,8 ~ 1,2 μm) se približa ali presega globino kože (0,66 μm) pri 10 GHz
Visokofrekvenčni tok se večinoma širi v plasti kositra z visokim uporom, s precejšnjimi vstavljenimi izgubami
2. Prednost ravnosti (edini poudarek)
Površina nanesenega kositra je izjemno gladka, izguba hrapavosti prevodnika pa majhna
Ta prednost bi morala biti bolj izrazita v frekvenčnem pasu milimetrskih valov, vendar jo je izravnala visoka upornost kositra samega

Izziv zanesljivosti
1. Rast kositrnih brkov
Med procesom sproščanja napetosti plasti kositra spontano zrastejo mikrometrske igličaste brčice
Ozek razmik med spajkalnimi ploščicami lahko povzroči občasne kratke stike
Dolgoročna grožnja za-konsistentnost visokofrekvenčne impedance
2. Rast plasti IMC
Intermetalne spojine bakra kositra (Cu ₆ Sn 5 itd.) še naprej rastejo tudi pri sobni temperaturi
Upornost IMC je veliko višja od upornosti čistega kositra in se povečuje s staranjem
Počasno povečevanje kontaktnega upora je nesprejemljivo za RF čelne-naprave, ki zahtevajo visoko fazno stabilnost
3. Omejena življenjska doba
Dolgotrajno skladiščenje je nagnjeno k oksidaciji in razbarvanju

Meja uporabnosti
Nizkofrekvenčne aplikacije pod 10 GHz
Scenariji z visokimi zahtevami glede ravnosti in združljivosti spajkanja, kot so avtomobilska elektronika in industrijske nadzorne plošče
Ni priporočljivo za scenarije RF/milimetrskih valov
Aplikacije, ki zahtevajo izjemno visoko fazno stabilnost

•  
•  

• 6, Predlogi za odločitev o izbiri
  Izberite glede na scenarij uporabe
  1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>20 GHz, kot je 5G milimetrski val, 77G radar)

  Prednostno: srebrna potopitev - z najnižjo visoko-izgubo frekvence in najboljšim električnim delovanjem

  Podporni ukrepi: vakuumsko zaprta embalaža, nadzor časa izpostavljenosti pred krpanjem, nanos triodporne barve za zatiranje migracije srebra

  Če je zmožnost nadzora procesa sestavljanja močna, je OSP najboljša možnost z nizkimi izgubami (vendar ima kratko obdobje skladiščenja in ni odporen na večkratno prelivanje)

  2. Visokofrekvenčni RF (5–20 GHz, kot je 5G Sub-6G, WiFi 6E)

  Prva izbira: Toneče srebro - optimalna zmogljivost, ob upoštevanju tudi varljivosti

  Alternativa: Topljenje zlata (ko je proračun za izgubo zadosten), bodite pozorni na nadzor debeline plasti niklja znotraj 3-4 μm

  3. Srednje nizke frekvence (<5 GHz)+high reliability requirements

  Prva izbira: toneče zlato - močna odpornost proti oksidaciji, dolga življenjska doba skladiščenja, stabilno varjenje

  Če je stroškovno občutljivo: odlaganje kositra (upoštevajte tveganje kositrnih brkov in pecite, da zmanjšate stres)

•  

   

  4. Scenariji, kot je avtomobilski radar, ki zahtevajo togost za ravnost

  Odlaganje kositra + postopek razbremenitve napetosti pri peki - optimalna ravnost, vendar je potreben strog nadzor kositrnih brkov in rasti IMC

  Pomemben dodatek: Ne prezrite hrapavosti bakrene folije
  Ne glede na izbrano površinsko obdelavo ima hrapavost osnovne bakrene folije pogosto večji vpliv na visoko-frekvenčne izgube kot sama površinska obdelava:

  Pri visokih frekvencah lahko razlika v izgubi prevodnika zaradi različne hrapavosti doseže 0,3 ~ 0,5 dB/nch

  Visokofrekvenčne plošče morajo biti povezane z VLP/HVLP bakrenimi folijami z nizko hrapavostjo in oblikovane v povezavi s postopki površinske obdelave

  Predhodni postopek mikro jedkanja lahko vpliva tudi na končno hrapavost površine in potrebna je jasna komunikacija s tovarno plošč

•