Как да изберем повърхностна обработка за високо{0}}честотна печатна платка? Анализ на ефектите от потъващо злато, потъващо сребро и потъващ калай върху сигналите

По-долу ще анализираме систематично избора на високо{0}}честотна повърхностна обработка на печатни платки от четири измерения: принцип на скин-ефекта, механизъм за въздействие на сигнала на три процеса, сравнение на измерените данни и решение за избор.

По-долу ще анализираме систематично избора на високо{0}}честотна повърхностна обработка на печатни платки от четири измерения: принцип на скин-ефекта, механизъм за въздействие на сигнала на три процеса, сравнение на измерените данни и решение за избор.

2, Влиянието на ENIG върху сигналите
Структура и принцип
Структурата на процеса на отлагане на злато е: медна повърхност + никелов слой (3-5 μm) + златен слой (0,05~0,15 μm). Златният слой е изключително тънък, а истинското основно тяло е никеловият слой.

Анализ на въздействието на сигнала
1. Значително увеличение на-загубите на висока честота
Съпротивлението на никела е повече от четири пъти по-голямо от това на медта, а дебелината на никеловия слой (3-5 μm) е много по-голяма от дълбочината на кожата при 10 GHz (0,66 μm)
Високочестотните токове се разпространяват почти изцяло в никеловия слой, а не в медния слой
Според индустриални тестове, ENIG увеличава загубите с приблизително 19,3% в сравнение с чистата мед при 10 GHz; Увеличение с приблизително 25,1% при 20 GHz
В честотната лента от 28 GHz ENIG може да въведе допълнителна загуба на вмъкване от приблизително 0,06-0,15 dB/cm в сравнение с чистата мед

2. Степента на въздействие зависи от дебелината на никеловия слой
Никеловият слой се увеличи от 3 μm на 6 μm, което доведе до увеличение от приблизително 15% в загубата на сигнал
Златният слой се увеличи от 0,03 μm на 0,1 μm, а загубата се увеличи с около 5% (въздействието е много по-малко от това на никеловия слой)

3. Други неявни рискове
Риск от черна спойка: корозия и окисляване на никелов слой, изключително ниска механична якост на спояващите съединения
Грапавостта на никеловия слой е относително висока, което допълнително увеличава импеданса на пътя и отражението

Граница на приложимост
Когато работната честота е под 10 GHz и бюджетът за загуби е хлабав, цялостната-ефективност на разходите е висока
Сценарии, които изискват дълго-съхраняване (над 12 месеца) и многократни ремонти
Не се препоръчват честоти на милиметрови вълни над 20 GHz

3, Влиянието на Immersion Silver върху сигналите
Структура и принцип
Потъването на среброто отлага много тънък слой чисто сребро върху повърхността на медта чрез реакция на изместване, като дебелината обикновено варира от 0,1 до 0,3 μm.

Анализ на въздействието на сигнала
1. Оптимална високочестотна-производителност
Съпротивлението на среброто (1,59 μ Ω · cm) е малко по-ниско от това на медта, което го прави най-проводимият метал сред всички метали
Дебелината на сребърния слой (0,1~0,3 μm) е по-тънка в сравнение с дълбочината на кожата от 10 GHz (0,66 μm) и високо{4}}честотният ток все още може да навлезе добре в медния слой
Допълнителната загуба е почти незначителна и е най-благоприятният процес на повърхностна обработка за високо{0}}честотни сигнали
2. Добра плоскост на повърхността
Повърхността на сребърния слой е плътна и гладка, намалявайки загубите от разсейване, причинени от грапавостта
В честотната лента на милиметровите вълни (над 30 GHz) ползите от плоскостта са особено значителни

Предизвикателство за надеждност (цена)
1. Миграция на сребро
При висока влажност и отклонения в околната среда сребърните йони мигрират по повърхността на PCB, за да образуват дендритни кристали
Може да възникне теч или дори късо съединение между подложки за запояване с фино разстояние (По-малко или равно на 0,5 mm)
Високочестотните диференциални двойки или микролентовите линии са особено засегнати
2. Сяриране и окисляване
Изключително чувствителен към сулфиди, може да промени цвета си след излагане на въздух в продължение на няколко часа

Влияе върху заваряемостта и устойчивостта на контактно съпротивление

Стриктно запечатайте опаковката и контролирайте времето на експозиция преди да поставите пластира
3. Кратък срок на съхранение
Обикновено само 6-12 месеца, много по-ниско от повече от 12 месеца потапяне в злато

Граница на приложимост
Високочестотен RF над 10 GHz, 5G милиметрова вълна, радар, сателитна комуникация
Високоскоростни сигнални връзки, изискващи изключително ниска загуба на вмъкване
Използвайте с повишено внимание при висока влажност, на открито и промишлени среди (изисква се триустойчива боя и увеличаване на разстоянието между подложките)
Продукти за дългосрочно съхранение

4, Влиянието на Immersion Tin върху сигналите
Структура и принцип
Отлагане на слой чист калай върху медна повърхност, обикновено с дебелина 0,8-1,2 μm.

Анализ на въздействието на сигнала
1. Загубата на висока-честота е значително по-голяма от тази при отлагане на сребро
Съпротивлението на калая е 6,4 пъти по-голямо от това на медта (11,0 × 10 ⁻⁸Ω· m)
Дебелината на калаения слой (0,8~1,2 μm) се доближава или надвишава дълбочината на кожата (0,66 μm) при 10 GHz
Високочестотният ток се разпространява главно в калаения слой с високо съпротивление със значителни загуби на вмъкване
2. Предимство на плоскостта (единственият акцент)
Повърхността на отложения калай е изключително гладка и загубата на грапавост на проводника е малка
Това предимство трябваше да е по-забележимо в честотната лента на милиметровите вълни, но беше компенсирано от високото съпротивление на самия калай

Предизвикателство за надеждност
1. Растеж на калаени мустаци
По време на процеса на освобождаване на напрежението от калаения слой спонтанно израстват игловидни мустаци с микрометър
Тясното разстояние между подложките за запояване може да причини периодично късо съединение
Дългосрочна заплаха за постоянството на високочестотния импеданс-
2. Растеж на IMC слой
Интерметалните съединения на мед и калай (Cu ₆ Sn ₅ и др.) продължават да растат дори при стайна температура
Съпротивлението на IMC е много по-високо от това на чистия калай и се увеличава със стареенето
Бавното нарастване на контактното съпротивление е неприемливо за RF предни -устройства, които изискват висока фазова стабилност
3. Ограничен срок на съхранение
Дългосрочното съхранение е склонно към окисляване и обезцветяване

Граница на приложимост
Нискочестотни приложения под 10 GHz
Сценарии с високи изисквания за плоскост и съвместимост на спойка, като автомобилна електроника и индустриални контролни платки
Не се препоръчва за сценарии с RF/милиметрови вълни
Приложения, които изискват изключително висока фазова стабилност

•  
•  

• 6, Предложения за решение за избор
  Изберете по сценарий на приложение
  1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>20 GHz, като 5G милиметрова вълна, 77G радар)

  Предпочитано: сребърно потапяне - с най-ниска висока-загуба на честота и най-добри електрически характеристики

  Поддържащи мерки: вакуумно запечатана опаковка, контрол на времето на експозиция преди закърпване, нанасяне на триустойчива боя за потискане на миграцията на среброто

  Ако способността за контрол на процеса на сглобяване е силна, OSP е най-добрият вариант с ниски загуби (но има кратък период на съхранение и не е устойчив на многократно преформатиране)

  2. Високочестотен RF (5-20 GHz, като 5G Sub-6G, WiFi 6E)

  Първи избор: Потъващо сребро - оптимална производителност, като същевременно се взема предвид и заваряемостта

  Алтернатива: Потъване на злато (когато бюджетът за загуба е достатъчен), обърнете внимание на контролирането на дебелината на никеловия слой в рамките на 3-4 μm

  3. Средно ниска честота (<5 GHz)+high reliability requirements

  Първи избор: Потъващо злато - силна устойчивост на окисление, дълъг живот на съхранение, стабилно заваряване

  Ако цените са чувствителни: Отлагане на калай (отбележете риска от калаени мустаци и изпечете, за да облекчите стреса)

•  

   

  4. Сценарии като автомобилен радар, които изискват твърдост за плоскост

  Отлагане на калай+процес на облекчаване на напрежението при печене - оптимална плоскост, но е необходим строг контрол на калаените мустаци и растежа на IMC

  Важно допълнение: Не пренебрегвайте грапавостта на медното фолио
  Без значение коя повърхностна обработка е избрана, грапавостта на подлежащото медно фолио често оказва по-голямо влияние върху високо-честотните загуби, отколкото самата повърхностна обработка:

  При високи честоти разликата в загубата на проводник, причинена от различна грапавост, може да достигне 0,3~0,5 dB/nch

  Високочестотните платки трябва да бъдат съчетани с VLP/HVLP медни фолиа с ниска грапавост и проектирани във връзка с процеси на повърхностна обработка

  Предишният процес на микроецване също може да повлияе на крайната грапавост на повърхността и е необходима ясна комуникация с фабриката за платки

•