Hvordan velge overflatebehandling for høyfrekvente PCB-kort-? Analyse av effektene av synkende gull, synkende sølv og synkende tinn på signaler

Nedenfor vil vi systematisk analysere utvalget av høyfrekvent PCB-overflatebehandling fra fire dimensjoner: hudeffektprinsipp, signalpåvirkningsmekanisme for tre prosesser, sammenligning av målte data og valgbeslutning.

Nedenfor vil vi systematisk analysere utvalget av høyfrekvent PCB-overflatebehandling fra fire dimensjoner: hudeffektprinsipp, signalpåvirkningsmekanisme for tre prosesser, sammenligning av målte data og valgbeslutning.

2, Påvirkningen av ENIG på signaler
Struktur og prinsipp
Strukturen til gullavsetningsprosessen er: kobberoverflate+nikkellag (3-5 μm)+gulllag (0,05~0,15 μm). Gulllaget er ekstremt tynt, og den virkelige hoveddelen er nikkellaget.

Signalpåvirkningsanalyse
1. Betydelig økning i høy-frekvente tap
Resistiviteten til nikkel er mer enn fire ganger så stor som kobber, og tykkelsen på nikkellaget (3-5 μm) er mye større enn huddybden ved 10 GHz (0,66 μm)
Høyfrekvente strømmer forplanter seg nesten utelukkende innenfor nikkellaget, i stedet for kobberlaget
I følge bransjetester øker ENIG tapene med ca. 19,3 % sammenlignet med bart kobber ved 10 GHz; Øk med omtrent 25,1 % ved 20 GHz
På 28 GHz-frekvensbåndet kan ENIG introdusere et ekstra innsettingstap på omtrent 0,06-0,15 dB/cm sammenlignet med bart kobber

2. Graden av påvirkning avhenger av tykkelsen på nikkellaget
Nikkellaget økte fra 3 μm til 6 μm, noe som resulterte i en økning på ca. 15 % i signaltap
Gulllaget økte fra 0,03 μm til 0,1 μm, og tapet økte med omtrent 5 % (påvirkningen er mye mindre enn nikkellaget)

3. Andre implisitte risikoer
Fare for svart loddepute: korrosjon og oksidasjon av nikkellag, ekstremt lav mekanisk styrke på loddeforbindelser
Ruheten til nikkellaget er relativt høy, noe som øker baneimpedansen og refleksjonen ytterligere

Anvendelsesgrense
Når driftsfrekvensen er under 10 GHz og tapsbudsjettet er løst, er den omfattende kostnadseffektiviteten høy-
Scenarier som krever lang-lagring (over 12 måneder) og flere reparasjoner
Millimeterbølgefrekvenser over 20 GHz anbefales ikke

3, Påvirkningen av Immersion Silver på signaler
Struktur og prinsipp
Synkende sølv legger et veldig tynt lag med rent sølv på kobberoverflaten gjennom fortrengningsreaksjon, med en tykkelse som vanligvis varierer fra 0,1 til 0,3 μm.

Signalpåvirkningsanalyse
1. Optimal høy-ytelse
Resistiviteten til sølv (1,59 μ Ω· cm) er litt lavere enn for kobber, noe som gjør det til det mest ledende metallet blant alle metaller
Tykkelsen på sølvlaget (0,1~0,3 μm) er tynnere sammenlignet med huddybden på 10 GHz (0,66 μm), og høy-strøm kan fortsatt komme godt inn i kobberlaget
Det ekstra tapet er nesten ubetydelig og er den mest vennlige overflatebehandlingsprosessen for høy-signaler
2. God overflateplanhet
Overflaten på sølvlaget er tett og glatt, noe som reduserer spredningstap forårsaket av ruhet
I millimeterbølgefrekvensbåndet (over 30 GHz) er fordelene med flathet spesielt betydelige

Pålitelighetsutfordring (kostnad)
1. Sølvmigrering
Under høy luftfuktighet og skjevhet vandrer sølvioner langs PCB-overflaten for å danne dendritiske krystaller
Lekkasje eller til og med kortslutning kan forekomme mellom loddeputer med liten avstand (mindre enn eller lik 0,5 mm)
Høyfrekvente differensialpar eller mikrostriplinjer er spesielt berørt
2. Sulfurisering og oksidasjon
Ekstremt følsom for sulfider, kan endre farge etter eksponering for luft i flere timer

Påvirker sveisbarhet og kontaktmotstandsstabilitet

Forsegl emballasjen strengt og kontroller eksponeringstiden før du legger på plasteret
3. Kort lagringstid
Vanligvis bare 6-12 måneder, mye lavere enn de mer enn 12 månedene med nedsenking i gull

Anvendelsesgrense
Høyfrekvent RF over 10 GHz, 5G millimeterbølge, radar, satellittkommunikasjon
Høyhastighets signalkoblinger som krever ekstremt lavt innsettingstap
Brukes med forsiktighet i høy luftfuktighet, utendørs og industrielle miljøer (krever trefast maling og økende puteavstand)
Langtidslagringsprodukter

4, Påvirkningen av Immersion Tin på signaler
Struktur og prinsipp
Avsetning av rent tinnlag på kobberoverflate, typisk med en tykkelse på 0,8-1,2 μm.

Signalpåvirkningsanalyse
1. Det høye-frekvente tapet er betydelig større enn for sølvavsetning
Resistiviteten til tinn er 6,4 ganger den for kobber (11,0 × 10 ⁻⁸Ω· m)
Tykkelsen på tinnlaget (0,8~1,2 μm) nærmer seg eller overskrider huddybden (0,66 μm) ved 10 GHz
Høyfrekvent strøm forplanter seg hovedsakelig i tinnlaget med høy motstand, med betydelig innføringstap
2. Flathetsfordel (det eneste høydepunktet)
Overflaten til det avsatte tinnet er ekstremt glatt, og ruhetstapet til lederen er lite
Denne fordelen burde vært mer fremtredende i millimeterbølgefrekvensbåndet, men den ble oppveid av den høye resistiviteten til selve tinn.

Pålitelighetsutfordring
1. Tin Whisker Growth
Under stressfrigjøringsprosessen til tinnlaget, vokser nållignende værhår i mikrometerstørrelse spontant
Smal avstand mellom loddeputer kan forårsake periodiske kortslutninger
Langsiktig trussel mot høy-impedanskonsistens
2. IMC lagvekst
Kobbertinn intermetalliske forbindelser (Cu ₆ Sn ₅, etc.) fortsetter å vokse selv ved romtemperatur
Resistiviteten til IMC er mye høyere enn for rent tinn, og den øker med aldring
Den langsomme økningen i kontaktmotstand er uakseptabel for RF-frontenheter- som krever høy fasestabilitet
3. Begrenset lagringstid
Langtidslagring er utsatt for oksidasjon og misfarging

Anvendelsesgrense
Lavfrekvente applikasjoner under 10 GHz
Scenarier med høye krav til planhet og loddekompatibilitet, for eksempel bilelektronikk og industrielle kontrolltavler
Anbefales ikke for RF/millimeterbølgescenarier
Applikasjoner som krever ekstremt høy fasestabilitet

•  
•  

• 6, forslag til valgbeslutning
  Velg etter applikasjonsscenario
  1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>20 GHz, for eksempel 5G millimeterbølge, 77G radar)

  Foretrukket: Sølvnedsenkning - med det laveste høye-frekvenstapet og den beste elektriske ytelsen

  Støttetiltak: vakuumforseglet emballasje, kontroll av eksponeringstid før lapping, påføring av trefast maling for å undertrykke sølvmigrering

  Hvis funksjonen for monteringsprosesskontroll er sterk, er OSP det ultimate alternativet med lavt tap (men har en kort lagringsperiode og er ikke motstandsdyktig mot flere reflow)

  2. Høyfrekvent RF (5-20 GHz, for eksempel 5G Sub-6G, WiFi 6E)

  Førstevalg: Synkende sølv - optimal ytelse, samtidig som sveisbarheten tas i betraktning

  Alternativ: Synkende gull (når tapsbudsjettet er tilstrekkelig), vær oppmerksom på å kontrollere tykkelsen på nikkellaget innen 3-4 μm

  3. Middels lav frekvens (<5 GHz)+high reliability requirements

  Førstevalg: Synkende gull - sterk oksidasjonsmotstand, lang lagringstid, stabil sveising

  Hvis kostnadssensitivt: Tinnavsetning (merk risikoen for tinn værhår og baking for å lindre stress)

•  

   

  4. Scenarier som bilradar som krever stivhet for flathet

  Tinnavsetning + bakestressavlastningsprosess - optimal flathet, men streng kontroll av tinnhårhår og IMC-vekst er nødvendig

  Viktig supplement: Ikke overse grovheten til kobberfolie
  Uansett hvilken overflatebehandling som velges, har ruheten til den underliggende kobberfolien ofte større innvirkning på høye-frekvente tap enn selve overflatebehandlingen:

  Ved høye frekvenser kan forskjellen i ledertap forårsaket av ulik ruhet nå 0,3~0,5 dB/nch

  Høyfrekvente plater må sammenkobles med VLP/HVLP kobberfolier med lav ruhet og designes i forbindelse med overflatebehandlingsprosesser

  Den forrige mikroetseprosessen kan også påvirke den endelige overflateruheten, og det kreves tydelig kommunikasjon med platefabrikken

•