Ako si vybrať povrchovú úpravu pre-vysokofrekvenčnú dosku PCB? Analýza účinkov potápajúceho sa zlata, potápajúceho sa striebra a potápajúceho sa cínu na signály

Nižšie budeme systematicky analyzovať výber vysokofrekvenčnej povrchovej úpravy PCB zo štyroch dimenzií: princíp efektu kože, mechanizmus vplyvu signálu troch procesov, porovnanie nameraných údajov a rozhodnutie o výbere.

Nižšie budeme systematicky analyzovať výber vysokofrekvenčnej povrchovej úpravy PCB zo štyroch dimenzií: princíp efektu kože, mechanizmus vplyvu signálu troch procesov, porovnanie nameraných údajov a rozhodnutie o výbere.

2, Vplyv ENIG na signály
Štruktúra a princíp
Štruktúra procesu nanášania zlata je: povrch medi+vrstva niklu (3-5 μm)+vrstva zlata (0,05~0,15 μm). Zlatá vrstva je extrémne tenká a skutočným hlavným telom je vrstva niklu.

Analýza dopadu signálu
1. Výrazný nárast vysoko-frekvenčných strát
Odpor niklu je viac ako štvornásobok odporu medi a hrúbka vrstvy niklu (3-5 μm) je oveľa väčšia ako hĺbka kože pri 10 GHz (0,66 μm)
Vysokofrekvenčné prúdy sa šíria takmer úplne vo vrstve niklu, a nie vo vrstve medi
Podľa priemyselných testov ENIG zvyšuje straty približne o 19,3 % v porovnaní s holou meďou pri 10 GHz; Nárast približne o 25,1 % pri 20 GHz
Vo frekvenčnom pásme 28 GHz môže ENIG zaviesť dodatočnú stratu vloženia približne 0,06 – 0,15 dB/cm v porovnaní s holou meďou

2. Stupeň nárazu závisí od hrúbky vrstvy niklu
Vrstva niklu sa zväčšila z 3 μm na 6 μm, čo viedlo k zvýšeniu straty signálu približne o 15 %.
Vrstva zlata sa zvýšila z 0,03 μm na 0,1 μm a strata sa zvýšila asi o 5% (vplyv je oveľa menší ako v prípade vrstvy niklu)

3. Iné implicitné riziká
Riziko čiernej spájkovacej podložky: korózia a oxidácia niklovej vrstvy, extrémne nízka mechanická pevnosť spájkovaných spojov
Drsnosť vrstvy niklu je relatívne vysoká, čo ďalej zvyšuje impedanciu cesty a odraz

Hranica použiteľnosti
Keď je prevádzková frekvencia pod 10 GHz a stratový rozpočet je voľný, komplexná nákladová-efektívnosť je vysoká
Scenáre, ktoré si vyžadujú{0}}dlhodobé skladovanie (viac ako 12 mesiacov) a viaceré opravy
Frekvencie milimetrových vĺn nad 20 GHz sa neodporúčajú

3, Vplyv Immersion Silver na signály
Štruktúra a princíp
Potopenie striebra ukladá na medený povrch veľmi tenkú vrstvu čistého striebra prostredníctvom vytesňovacej reakcie s hrúbkou zvyčajne v rozsahu od 0,1 do 0,3 μm.

Analýza dopadu signálu
1. Optimálny-výkon pri vysokej frekvencii
Odpor striebra (1,59 μ Ω· cm) je o niečo nižší ako odpor medi, čo z neho robí najvodivejší kov spomedzi všetkých kovov.
Hrúbka striebornej vrstvy (0,1 ~ 0,3 μm) je tenšia v porovnaní s hĺbkou kože 10 GHz (0,66 μm) a vysokofrekvenčný prúd môže stále dobre prenikať do medenej vrstvy
Dodatočná strata je takmer zanedbateľná a ide o najšetrnejší proces povrchovej úpravy pre vysoko-frekvenčné signály
2. Dobrá rovinnosť povrchu
Povrch striebornej vrstvy je hustý a hladký, čím sa redukujú straty rozptylom spôsobené drsnosťou
Vo frekvenčnom pásme milimetrových vĺn (nad 30 GHz) sú výhody plochosti obzvlášť významné

Výzva spoľahlivosti (cena)
1. Strieborná migrácia
Pri vysokej vlhkosti a zaujatom prostredí ióny striebra migrujú pozdĺž povrchu PCB a vytvárajú dendritické kryštály
Medzi spájkovacími plôškami s jemným rozostupom (menším alebo rovným 0,5 mm) môže dôjsť k úniku alebo dokonca skratu.
Obzvlášť ovplyvnené sú vysokofrekvenčné diferenciálne páry alebo mikropáskové vedenia
2. Sulfurizácia a oxidácia
Mimoriadne citlivý na sulfidy, môže zmeniť farbu po niekoľkých hodinách vystavenia vzduchu

Ovplyvňuje zvárateľnosť a stabilitu kontaktného odporu

Pred aplikáciou náplasti prísne uzavrite obal a kontrolujte čas expozície
3. Krátka doba skladovania
Zvyčajne len 6-12 mesiacov, oveľa menej ako viac ako 12 mesiacov ponorenia do zlata

Hranica použiteľnosti
Vysokofrekvenčné RF nad 10 GHz, 5G milimetrová vlna, radar, satelitná komunikácia
Vysokorýchlostné signálové spojenia vyžadujúce extrémne nízku stratu vloženia
Používajte opatrne v prostredí s vysokou vlhkosťou, vonkajším a priemyselným prostredím (vyžaduje tri ochranné nátery a zväčšuje rozostup medzi podložkami)
Produkty na dlhodobé skladovanie

4, Vplyv Immersion Tin na signály
Štruktúra a princíp
Nanášanie vrstvy čistého cínu na medený povrch, typicky s hrúbkou 0,8-1,2 μm.

Analýza dopadu signálu
1. Strata vysokej-frekvencie je výrazne väčšia ako pri ukladaní striebra
Odpor cínu je 6,4-krát väčší ako odpor medi (11,0 × 10 ⁻⁸Ω· m)
Hrúbka vrstvy cínu (0,8 ~ 1,2 μm) sa pri 10 GHz približuje alebo prekračuje hĺbku kože (0,66 μm)
Vysokofrekvenčný prúd sa šíri hlavne vo vysokoodporovej cínovej vrstve s výrazným vložným úbytkom
2. Výhoda rovinnosti (jediné zvýraznenie)
Povrch naneseného cínu je extrémne hladký a strata drsnosti vodiča je malá
Táto výhoda mala byť výraznejšia vo frekvenčnom pásme milimetrových vĺn, ale bola kompenzovaná vysokým odporom samotného cínu.

Výzva spoľahlivosti
1. Rast cínových fúzov
Počas procesu uvoľňovania napätia cínovej vrstvy spontánne rastú fúzy s mikrometrovou veľkosťou
Úzky priestor medzi spájkovacími plôškami môže spôsobiť prerušované skraty
Dlhodobé ohrozenie-vysokofrekvenčnej impedancie
2. Rast vrstvy IMC
Intermetalické zlúčeniny medi a cínu (Cu ₆ Sn ₅ atď.) pokračujú v raste aj pri izbovej teplote
Odpor IMC je oveľa vyšší ako u čistého cínu a zvyšuje sa so starnutím
Pomalý nárast prechodového odporu je neprijateľný pre RF predné-zariadenia, ktoré vyžadujú vysokú fázovú stabilitu
3. Obmedzená doba skladovania
Dlhodobé skladovanie je náchylné na oxidáciu a zmenu farby

Hranica použiteľnosti
Nízkofrekvenčné aplikácie pod 10 GHz
Scenáre s vysokými požiadavkami na rovinnosť a kompatibilitu spájkovania, ako sú automobilová elektronika a priemyselné riadiace dosky
Neodporúča sa pre scenáre RF/milimetrové vlny
Aplikácie, ktoré vyžadujú extrémne vysokú fázovú stabilitu

•  
•  

• 6, Návrhy na rozhodnutie o výbere
  Vyberte podľa scenára aplikácie
  1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>20 GHz, ako napríklad 5G milimetrová vlna, 77G radar)

  Preferované: Strieborné ponorenie - s najnižšou vysokou-stratou frekvencie a najlepším elektrickým výkonom

  Podporné opatrenia: vákuovo zapečatené balenie, kontrola expozičného času pred záplatovaním, aplikácia troch náterov na potlačenie migrácie striebra

  Ak je schopnosť riadenia procesu montáže silná, OSP je konečná možnosť s nízkou stratou (ale má krátku dobu skladovania a nie je odolná voči viacnásobnému pretaveniu)

  2. Vysokofrekvenčné RF (5-20 GHz, ako napríklad 5G Sub-6G, WiFi 6E)

  Prvá voľba: Potápavé striebro - optimálny výkon, pričom sa zohľadňuje aj zvárateľnosť

  Alternatíva: Potopenie zlata (keď je stratový rozpočet dostatočný), dávajte pozor na kontrolu hrúbky vrstvy niklu v rozmedzí 3-4 μm

  3. Stredne nízka frekvencia (<5 GHz)+high reliability requirements

  Prvá voľba: Potápavé zlato - silná odolnosť voči oxidácii, dlhá životnosť, stabilné zváranie

  Ak je to cenovo citlivé: Usadzovanie cínu (všimnite si riziko cínových fúzov a pečenia, aby ste uvoľnili stres)

•  

   

  4. Scenáre ako automobilový radar, ktoré vyžadujú tuhosť pre rovinnosť

  Ukladanie cínu + proces odstránenia napätia pri pečení - optimálna rovinnosť, ale vyžaduje sa prísna kontrola cínových fúzov a rastu IMC

  Dôležitý doplnok: Neignorujte drsnosť medenej fólie
  Bez ohľadu na zvolenú povrchovú úpravu má drsnosť podkladovej medenej fólie často väčší vplyv na vysoké-frekvenčné straty ako samotná povrchová úprava:

  Pri vysokých frekvenciách môže rozdiel v strate vodiča spôsobený rôznou drsnosťou dosiahnuť 0,3 ~ 0,5 dB/nch

  Vysokofrekvenčné dosky musia byť spárované s VLP/HVLP medenými fóliami s nízkou drsnosťou a navrhnuté v spojení s procesmi povrchovej úpravy

  Predchádzajúci proces mikroleptania môže tiež ovplyvniť konečnú drsnosť povrchu a je potrebná jasná komunikácia s továrňou na dosky

•