در زیر، ما به طور سیستماتیک انتخاب-تحلیل سطح pcb با فرکانس بالا را از چهار بعد تجزیه و تحلیل خواهیم کرد: اصل اثر پوست، مکانیسم تأثیر سیگنال سه فرآیند، مقایسه دادههای اندازهگیری شده، و تصمیم انتخاب.
در زیر، ما به طور سیستماتیک انتخاب-تحلیل سطح pcb با فرکانس بالا را از چهار بعد تجزیه و تحلیل خواهیم کرد: اصل اثر پوست، مکانیسم تأثیر سیگنال سه فرآیند، مقایسه دادههای اندازهگیری شده، و تصمیم انتخاب.
| فرکانس | عمق پوست از مس | معنی |
|---|---|---|
| 1 گیگاهرتز | حدود 2.1 میکرومتر | جریان عمدتاً در لایه سطحی 2.1 میکرومتر منتشر می شود |
| 10 گیگاهرتز | حدود 0.66 میکرومتر | غلظت فعلی در لایه سطحی 0.66 میکرومتر |
| 28 گیگاهرتز | حدود 0.40 میکرومتر | باند فرکانس موج 5G میلی متری، لایه سطحی بسیار نازک |
| 77 گیگاهرتز | حدود 0.24 میکرومتر | باند فرکانس رادار سوار بر خودرو، بسیار حساس به سطوح |
2، تأثیر ENIG بر سیگنال ها
ساختار و اصل
ساختار فرآیند رسوب طلا به این صورت است: سطح مس + لایه نیکل (3-5 میکرو متر) + لایه طلا (0.05 تا 0.15 میکرو متر). لایه طلا بسیار نازک است و بدنه اصلی آن لایه نیکل است.
تجزیه و تحلیل تاثیر سیگنال
1. افزایش قابل توجه تلفات فرکانس-بالا
مقاومت نیکل بیش از چهار برابر مس است و ضخامت لایه نیکل (3-5 میکرومتر) بسیار بیشتر از عمق پوست در 10 گیگاهرتز (0.66 میکرومتر) است.
جریان های فرکانس بالا تقریباً به طور کامل در لایه نیکل منتشر می شوند تا لایه مس
طبق آزمایشات صنعتی، ENIG تلفات را تقریباً 19.3٪ در مقایسه با مس خالص در 10 گیگاهرتز افزایش می دهد. افزایش تقریباً 25.1٪ در 20 گیگاهرتز
در باند فرکانس 28 گیگاهرتز، ENIG می تواند افت ورودی اضافی تقریباً 0.06-0.15 دسی بل بر سانتی متر در مقایسه با مس خالی ایجاد کند.
2. درجه ضربه بستگی به ضخامت لایه نیکل دارد
لایه نیکل از 3 میکرومتر به 6 میکرومتر افزایش یافت که منجر به افزایش تقریباً 15 درصدی از دست دادن سیگنال شد.
لایه طلا از 0.03 میکرومتر به 0.1 میکرومتر افزایش یافته است، و از دست دادن حدود 5٪ افزایش یافته است (ضربه بسیار کوچکتر از لایه نیکل است).
3. سایر خطرات ضمنی
خطر لحیم کاری سیاه: خوردگی و اکسیداسیون لایه نیکل، مقاومت مکانیکی بسیار کم اتصالات لحیم کاری
زبری لایه نیکل نسبتاً زیاد است و امپدانس و بازتاب مسیر را بیشتر میکند
مرز کاربرد
وقتی فرکانس عملیاتی زیر 10 گیگاهرتز است و بودجه تلفات کم است، اثربخشی هزینه جامع بالا است
سناریوهایی که نیاز به ذخیره سازی طولانی مدت (بیش از 12 ماه) و چندین تعمیر دارند
فرکانس های موج میلی متری بالای 20 گیگاهرتز توصیه نمی شود
3، تأثیر نقره غوطه ور بر سیگنال ها
ساختار و اصل
نقره در حال غرق شدن، یک لایه بسیار نازک از نقره خالص را از طریق واکنش جابجایی، با ضخامتی که معمولاً از 0.1 تا 0.3 میکرومتر متغیر است، بر روی سطح مس رسوب می دهد.
تجزیه و تحلیل تاثیر سیگنال
1. عملکرد فرکانس بالا-بهینه
مقاومت نقره (1.59 μ Ω· سانتی متر) کمی کمتر از مس است و آن را به رساناترین فلز در بین تمام فلزات تبدیل می کند.
ضخامت لایه نقره (0.1 تا 0.3 میکرومتر) در مقایسه با عمق پوست 10 گیگاهرتز (0.66 میکرومتر) نازکتر است و جریان فرکانس بالا همچنان میتواند به خوبی وارد لایه مس شود.
تلفات اضافی تقریباً ناچیز است و دوستانهترین فرآیند تصفیه سطح برای سیگنالهای فرکانس بالا-
2. صافی سطح خوب
سطح لایه نقره متراکم و صاف است و تلفات پراکندگی ناشی از زبری را کاهش می دهد.
در باند فرکانس موج میلی متری (بالاتر از 30 گیگاهرتز)، مزایای صافی به ویژه قابل توجه است.
چالش قابلیت اطمینان (هزینه)
1. مهاجرت نقره ای
تحت رطوبت بالا و محیط بایاس، یون های نقره در امتداد سطح PCB مهاجرت می کنند تا کریستال های دندریتی تشکیل دهند.
نشتی یا حتی اتصال کوتاه ممکن است بین لنت های لحیم کاری با فاصله ریز (کمتر یا مساوی 0.5 میلی متر) رخ دهد.
جفت های دیفرانسیل فرکانس بالا یا خطوط میکرواستریپ به ویژه تحت تأثیر قرار می گیرند
2. سولفوراسیون و اکسیداسیون
بسیار حساس به سولفیدها، می تواند پس از قرار گرفتن در معرض هوا برای چند ساعت تغییر رنگ دهد
بر قابلیت جوشکاری و پایداری مقاومت تماس تاثیر می گذارد
بسته بندی را به شدت ببندید و زمان قرار گرفتن در معرض آن را قبل از اعمال پچ کنترل کنید
3. عمر ذخیره سازی کوتاه
معمولا فقط 6-12 ماه، بسیار کمتر از بیش از 12 ماه غوطه ور شدن در طلا
مرز کاربرد
RF فرکانس بالا بالای 10 گیگاهرتز، موج 5G میلیمتری، رادار، ارتباطات ماهواره ای
پیوندهای سیگنال با سرعت بالا که به تلفات درج بسیار کم نیاز دارند
با احتیاط در محیطهای با رطوبت بالا، فضای باز و صنعتی (نیاز به سه رنگ ثابت و افزایش فاصله لنتها) استفاده کنید.
محصولات ذخیره سازی طولانی مدت
4، تأثیر قلع غوطه ور بر سیگنال ها
ساختار و اصل
رسوب لایه قلع خالص روی سطح مس، به طور معمول با ضخامت 0.8-1.2 میکرومتر.
تجزیه و تحلیل تاثیر سیگنال
1. از دست دادن فرکانس بالا به طور قابل توجهی بیشتر از رسوب نقره است
مقاومت قلع 6.4 برابر مس است (11.0 × 10⁻8Ω· m)
ضخامت لایه قلع (0.8 تا 1.2 میکرومتر) به عمق پوست (0.66 میکرو متر) در 10 گیگاهرتز نزدیک می شود یا از آن فراتر می رود.
جریان فرکانس بالا عمدتاً در لایه قلع با مقاومت بالا منتشر می شود و از دست دادن قابل توجهی درج می شود
2. مزیت صاف بودن (تنها نکته برجسته)
سطح قلع ته نشین شده بسیار صاف است و زبری هادی از دست رفته اندک است
این مزیت باید در باند فرکانس موج میلی متری برجسته تر بود، اما با مقاومت بالای خود قلع جبران شد.
چالش قابلیت اطمینان
1. رشد سبیل قلع
در طول فرآیند آزادسازی تنش لایه قلع، سبیل هایی به اندازه میکرومتر به طور خود به خود رشد می کنند.
فاصله باریک بین پدهای لحیم کاری ممکن است باعث اتصال کوتاه متناوب شود
تهدید طولانی مدت برای ثبات امپدانس فرکانس بالا-
2. رشد لایه IMC
ترکیبات بین فلزی قلع مس (Cu₆ Sn₅ و غیره) حتی در دمای اتاق به رشد خود ادامه می دهند.
مقاومت IMC بسیار بالاتر از قلع خالص است و با افزایش سن افزایش می یابد
افزایش آهسته مقاومت تماس برای دستگاههای جلویی{0} RF که به پایداری فاز بالا نیاز دارند غیرقابل قبول است.
3. عمر ذخیره سازی محدود
ذخیره سازی طولانی مدت مستعد اکسید شدن و تغییر رنگ است
مرز کاربرد
برنامه های فرکانس پایین زیر 10 گیگاهرتز
سناریوهایی با الزامات بالا برای صافی و سازگاری لحیم کاری، مانند الکترونیک خودرو و بردهای کنترل صنعتی
برای سناریوهای موج RF/میلی متری توصیه نمی شود
برنامه هایی که به پایداری فاز بسیار بالا نیاز دارند
-
6، پیشنهادات تصمیم گیری انتخاب
بر اساس سناریوی برنامه انتخاب کنید
1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>20 گیگاهرتز، مانند موج میلی متری 5G، رادار 77G)ترجیح داده شده: غوطه وری نقره - با کمترین تلفات فرکانس بالا- و بهترین عملکرد الکتریکی
اقدامات حمایتی: بسته بندی مهر و موم شده با خلاء، کنترل زمان قرار گرفتن در معرض قبل از وصله، استفاده از سه رنگ اثبات برای سرکوب مهاجرت نقره
اگر قابلیت کنترل فرآیند مونتاژ قوی باشد، OSP گزینه نهایی کم ضرر است (اما دوره ذخیره سازی کوتاهی دارد و در برابر جریان مجدد چندگانه مقاوم نیست)
2. RF فرکانس بالا (5-20 گیگاهرتز، مانند 5G Sub-6G، WiFi 6E)
انتخاب اول: عملکرد بهینه نقره غرق شدن -، در حالی که قابلیت جوشکاری را نیز در نظر می گیرد
جایگزین: طلای غرق شده (زمانی که بودجه ضرر کافی است)، به کنترل ضخامت لایه نیکل در عرض 3-4 میکرومتر توجه کنید.
3. فرکانس پایین متوسط (<5 GHz)+high reliability requirements
انتخاب اول: طلای غرق شده - مقاومت در برابر اکسیداسیون قوی، عمر طولانی ذخیره سازی، جوشکاری پایدار
اگر به هزینه حساس است: رسوب قلع (به خطر سبیل های قلع توجه کنید و برای کاهش استرس بپزید)
-
4. سناریوهایی مانند رادار خودرو که برای صافی نیاز به استحکام دارندرسوب قلع + فرآیند کاهش تنش پخت - مسطح بودن بهینه، اما کنترل دقیق سبیل های قلع و رشد IMC مورد نیاز است.
مکمل مهم: زبری فویل مس را نادیده نگیرید
مهم نیست که کدام عملیات سطحی انتخاب شده است، زبری ورق مسی زیرین غالباً تأثیر بیشتری بر تلفات فرکانس{0} بالا نسبت به خود عملیات سطحی دارد:در فرکانس های بالا، تفاوت در افت هادی ناشی از زبری های مختلف می تواند به 0.3 تا 0.5 dB/nch برسد.
تخته های فرکانس بالا باید با فویل های مسی با زبری کم VLP/HVLP جفت شوند و در ارتباط با فرآیندهای تصفیه سطح طراحی شوند.
فرآیند میکرو اچینگ قبلی نیز می تواند بر زبری سطح نهایی تأثیر بگذارد و ارتباط واضح با کارخانه تخته مورد نیاز است.
-