Jak vybrat povrchovou úpravu pro-vysokofrekvenční desku PCB? Analýza účinků potápějícího se zlata, potápějícího se stříbra a potápějícího se cínu na signály

Níže budeme systematicky analyzovat výběr vysokofrekvenční povrchové úpravy desek plošných spojů ze čtyř dimenzí: princip kožního efektu, mechanismus vlivu signálu tří procesů, porovnání naměřených dat a rozhodnutí o výběru.

Níže budeme systematicky analyzovat výběr vysokofrekvenční povrchové úpravy desek plošných spojů ze čtyř dimenzí: princip kožního efektu, mechanismus vlivu signálu tří procesů, porovnání naměřených dat a rozhodnutí o výběru.

2, Vliv ENIG na signály
Struktura a princip
Struktura procesu depozice zlata je: povrch mědi+vrstva niklu (3-5 μm)+vrstva zlata (0,05~0,15 μm). Zlatá vrstva je extrémně tenká a skutečným hlavním tělem je vrstva niklu.

Analýza dopadu signálu
1. Výrazný nárůst vysoko-frekvenčních ztrát
Odpor niklu je více než čtyřikrát vyšší než odpor mědi a tloušťka vrstvy niklu (3-5 μm) je mnohem větší než hloubka kůže při 10 GHz (0,66 μm)
Vysokofrekvenční proudy se šíří téměř výhradně ve vrstvě niklu, spíše než ve vrstvě mědi
Podle průmyslových testů zvyšuje ENIG ztráty přibližně o 19,3 % ve srovnání s holou mědí na 10 GHz; Nárůst přibližně o 25,1 % při 20 GHz
Ve frekvenčním pásmu 28 GHz může ENIG zavést dodatečnou vložnou ztrátu přibližně 0,06-0,15 dB/cm ve srovnání s holou mědí

2. Stupeň nárazu závisí na tloušťce vrstvy niklu
Vrstva niklu se zvětšila z 3 μm na 6 μm, což vedlo ke zvýšení ztráty signálu přibližně o 15 %.
Vrstva zlata se zvýšila z 0,03 μm na 0,1 μm a ztráta se zvýšila asi o 5 % (dopad je mnohem menší než u vrstvy niklu)

3. Další implicitní rizika
Nebezpečí černé pájecí plošky: koroze a oxidace niklové vrstvy, extrémně nízká mechanická pevnost pájených spojů
Drsnost vrstvy niklu je poměrně vysoká, což dále zvyšuje impedanci cesty a odraz

Hranice použitelnosti
Když je provozní frekvence nižší než 10 GHz a ztrátový rozpočet je volný, celková nákladová-efektivita je vysoká
Scénáře, které vyžadují dlouhodobé{0}}uložení (více než 12 měsíců) a vícenásobné opravy
Frekvence milimetrových vln nad 20 GHz se nedoporučují

3, Vliv Immersion Silver na signály
Struktura a princip
Potápějící se stříbro ukládá velmi tenkou vrstvu čistého stříbra na měděný povrch prostřednictvím vytěsnění, s tloušťkou obvykle v rozmezí od 0,1 do 0,3 μm.

Analýza dopadu signálu
1. Optimální vysokofrekvenční-výkon
Odpor stříbra (1,59 μ Ω· cm) je o něco nižší než u mědi, což z něj činí nejvodivější kov mezi všemi kovy.
Tloušťka stříbrné vrstvy (0,1~0,3 μm) je tenčí ve srovnání s hloubkou kůže 10 GHz (0,66 μm) a vysokofrekvenční proud může stále dobře vstupovat do měděné vrstvy
Dodatečná ztráta je téměř zanedbatelná a jedná se o nejšetrnější proces povrchové úpravy pro vysoko-frekvenční signály
2. Dobrá rovinnost povrchu
Povrch vrstvy stříbra je hustý a hladký, což snižuje ztráty rozptylem způsobené drsností
Ve frekvenčním pásmu milimetrových vln (nad 30 GHz) jsou výhody plochosti obzvláště významné

Výzva spolehlivosti (cena)
1. Migrace stříbra
V prostředí s vysokou vlhkostí a zkreslením ionty stříbra migrují podél povrchu PCB a vytvářejí dendritické krystaly
Mezi pájecími ploškami s jemným rozestupem (menším nebo rovným 0,5 mm) může dojít k úniku nebo dokonce ke zkratu.
Zvláště ovlivněny jsou vysokofrekvenční diferenciální páry nebo mikropásková vedení
2. Sulfurizace a oxidace
Extrémně citlivý na sulfidy, může změnit barvu po vystavení vzduchu po dobu několika hodin

Ovlivňuje svařitelnost a stabilitu kontaktního odporu

Před aplikací náplasti pečlivě utěsněte obal a kontrolujte dobu expozice
3. Krátká doba skladování
Obvykle jen 6-12 měsíců, mnohem méně než více než 12 měsíců ponoření do zlata

Hranice použitelnosti
Vysokofrekvenční RF nad 10 GHz, 5G milimetrová vlna, radar, satelitní komunikace
Vysokorychlostní signálové spoje vyžadující extrémně nízkou vložnou ztrátu
Používejte opatrně v prostředí s vysokou vlhkostí, venkovním a průmyslovém prostředí (vyžaduje tři ochranné nátěry a zvětšuje rozestupy podložek)
Produkty pro dlouhodobé skladování

4, Vliv Immersion Tin na signály
Struktura a princip
Nanášení vrstvy čistého cínu na měděný povrch, typicky o tloušťce 0,8-1,2 μm.

Analýza dopadu signálu
1. Ztráta vysoké-frekvence je výrazně větší než u nanášení stříbra
Odpor cínu je 6,4krát větší než odpor mědi (11,0 × 10 ⁻⁸Ω· m)
Tloušťka vrstvy cínu (0,8~1,2 μm) se při 10 GHz blíží nebo přesahuje hloubku kůže (0,66 μm)
Vysokofrekvenční proud se šíří hlavně ve vrstvě cínu s vysokým odporem s výrazným vložným útlumem
2. Výhoda rovinnosti (jediná přednost)
Povrch naneseného cínu je extrémně hladký a ztráta drsnosti vodiče je malá
Tato výhoda měla být výraznější ve frekvenčním pásmu milimetrových vln, ale byla kompenzována vysokým měrným odporem samotného cínu.

Výzva spolehlivosti
1. Růst cínového vousu
Během procesu uvolňování napětí z cínové vrstvy spontánně rostou vousy o velikosti mikrometru
Úzké rozestupy mezi pájecími ploškami mohou způsobit občasné zkraty
Dlouhodobé ohrožení konzistence vysoko{0}}frekvenční impedance
2. Růst vrstvy IMC
Intermetalické sloučeniny mědi a cínu (Cu ₆ Sn ₅ atd.) pokračují v růstu i při pokojové teplotě
Odpor IMC je mnohem vyšší než u čistého cínu a se stárnutím se zvyšuje
Pomalý nárůst přechodového odporu je nepřijatelný pro RF přední-zařízení, která vyžadují vysokou fázovou stabilitu
3. Omezená doba skladování
Dlouhodobé skladování je náchylné k oxidaci a změně barvy

Hranice použitelnosti
Nízkofrekvenční aplikace pod 10 GHz
Scénáře s vysokými požadavky na rovinnost a kompatibilitu pájky, jako je automobilová elektronika a průmyslové řídicí desky
Nedoporučuje se pro scénáře RF/milimetrových vln
Aplikace, které vyžadují extrémně vysokou fázovou stabilitu

•  
•  

• 6, Návrhy na rozhodnutí o výběru
  Vyberte podle scénáře aplikace
  1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>20 GHz, jako je 5G milimetrová vlna, 77G radar)

  Preferováno: Stříbrné ponoření - s nejnižšími vysokými{1}}ztrátami frekvence a nejlepším elektrickým výkonem

  Podpůrná opatření: vakuově uzavřené balení, kontrola doby expozice před záplatou, aplikace tří nástřikových nátěrů k potlačení migrace stříbra

  Pokud je schopnost řízení procesu montáže silná, OSP je konečná možnost s nízkou ztrátou (ale má krátkou dobu skladování a není odolný vůči vícenásobnému přetavení)

  2. Vysokofrekvenční RF (5-20 GHz, jako 5G Sub-6G, WiFi 6E)

  První volba: Potápějící se stříbro - optimální výkon při zohlednění svařitelnosti

  Alternativa: Potopení zlata (když je ztrátový rozpočet dostatečný), věnujte pozornost kontrole tloušťky niklové vrstvy v rozmezí 3-4 μm

  3. Středně nízká frekvence (<5 GHz)+high reliability requirements

  První volba: Potápivé zlato - silná oxidační odolnost, dlouhá životnost, stabilní svařování

  Pokud jsou náklady citlivé: Usazování cínu (všimněte si rizika cínových vousů a pečte, abyste zmírnili stres)

•  

   

  4. Scénáře, jako je automobilový radar, které vyžadují tuhost pro rovinnost

  Nanášení cínu + proces odlehčení pnutí při pečení - optimální plochost, ale je nutná přísná kontrola cínových vousů a růstu IMC

  Důležitý doplněk: Neignorujte drsnost měděné fólie
  Bez ohledu na zvolenou povrchovou úpravu má drsnost podkladové měděné fólie často větší vliv na vysoko-frekvenční ztráty než samotná povrchová úprava:

  Při vysokých frekvencích může rozdíl ve ztrátě vodiče způsobený různou drsností dosáhnout 0,3~0,5 dB/nch

  Vysokofrekvenční desky musí být spárovány s VLP/HVLP měděnými fóliemi s nízkou drsností a navrženy ve spojení s procesy povrchové úpravy

  Předchozí proces mikroleptání může také ovlivnit konečnou drsnost povrchu a je vyžadována jasná komunikace s továrnou na desky

•