Hvordan vælger man overfladebehandling til høj-pcb-kort? Analyse af virkningerne af synkende guld, synkende sølv og synkende tin på signaler

Nedenfor vil vi systematisk analysere valget af højfrekvent pcb-overfladebehandling fra fire dimensioner: hudeffektprincip, signalpåvirkningsmekanisme for tre processer, sammenligning af målte data og valgbeslutning.

Nedenfor vil vi systematisk analysere valget af højfrekvent pcb-overfladebehandling fra fire dimensioner: hudeffektprincip, signalpåvirkningsmekanisme for tre processer, sammenligning af målte data og valgbeslutning.

2, ENIG's indflydelse på signaler
Struktur og princip
Strukturen af ​​guldaflejringsprocessen er: kobberoverflade+nikkellag (3-5 μm)+guldlag (0,05~0,15 μm). Guldlaget er ekstremt tyndt, og den egentlige hoveddel er nikkellaget.

Signalpåvirkningsanalyse
1. Betydelig stigning i høje-frekvenstab
Nikkels resistivitet er mere end fire gange kobbers, og tykkelsen af ​​nikkellaget (3-5 μm) er meget større end huddybden ved 10 GHz (0,66 μm)
Højfrekvente strømme forplanter sig næsten udelukkende inden for nikkellaget i stedet for kobberlaget
Ifølge industritests øger ENIG tabene med ca. 19,3 % sammenlignet med blottet kobber ved 10 GHz; Forøgelse med cirka 25,1 % ved 20 GHz
Ved 28 GHz-frekvensbåndet kan ENIG introducere et yderligere indføringstab på ca. 0,06-0,15 dB/cm sammenlignet med nøgent kobber

2. Graden af ​​påvirkning afhænger af tykkelsen af ​​nikkellaget
Nikkellaget steg fra 3 μm til 6 μm, hvilket resulterede i en stigning på ca. 15 % i signaltab
Guldlaget steg fra 0,03 μm til 0,1 μm, og tabet steg med omkring 5% (påvirkningen er meget mindre end nikkellagets)

3. Andre implicitte risici
Sort loddepude risiko: korrosion og oxidation af nikkellag, ekstrem lav mekanisk styrke af loddeforbindelser
Ruheden af ​​nikkellaget er relativt høj, hvilket yderligere øger baneimpedansen og refleksionen

Anvendelsesgrænse
Når driftsfrekvensen er under 10 GHz, og tabsbudgettet er løst, er den omfattende omkostningseffektivitet-høj
Scenarier, der kræver lang-lagring (over 12 måneder) og flere reparationer
Millimeterbølgefrekvenser over 20 GHz anbefales ikke

3, Indflydelsen af ​​Immersion Silver på signaler
Struktur og princip
Synkende sølv aflejrer et meget tyndt lag rent sølv på kobberoverfladen gennem forskydningsreaktion, med en tykkelse, der normalt spænder fra 0,1 til 0,3 μm.

Signalpåvirkningsanalyse
1. Optimal høj-ydeevne
Resistiviteten af ​​sølv (1,59 μ Ω· cm) er lidt lavere end kobbers, hvilket gør det til det mest ledende metal blandt alle metaller
Tykkelsen af ​​sølvlaget (0,1~0,3 μm) er tyndere sammenlignet med huddybden på 10 GHz (0,66 μm), og høj-strøm kan stadig trænge godt ind i kobberlaget
Det yderligere tab er næsten ubetydeligt og er den mest venlige overfladebehandlingsproces for højfrekvente signaler-
2. God overfladeplanhed
Overfladen af ​​sølvlaget er tæt og glat, hvilket reducerer spredningstab forårsaget af ruhed
I millimeterbølgefrekvensbåndet (over 30 GHz) er fordelene ved fladhed særligt betydelige

Pålidelighedsudfordring (omkostninger)
1. Sølvvandring
Under høj luftfugtighed og forspændt miljø migrerer sølvioner langs PCB-overfladen for at danne dendritiske krystaller
Lækage eller endda kortslutning kan forekomme mellem loddepuder med en fin afstand (mindre end eller lig med 0,5 mm)
Højfrekvente differentialpar eller mikrostrip-linjer er særligt berørt
2. Sulfurisering og oxidation
Ekstremt følsom over for sulfider, kan ændre farve efter eksponering for luft i flere timer

Påvirker svejsbarheden og kontaktmodstandsstabiliteten

Forsegl emballagen nøje og kontroller eksponeringstiden, før plasteret påføres
3. Kort holdbarhed
Normalt kun 6-12 måneder, meget lavere end de mere end 12 måneders nedsænkning i guld

Anvendelsesgrænse
Højfrekvent RF over 10 GHz, 5G millimeterbølge, radar, satellitkommunikation
Højhastighedssignalforbindelser kræver ekstremt lavt indføringstab
Brug med forsigtighed i høj luftfugtighed, udendørs og industrielle miljøer (kræver tre-fast maling og øget pudeafstand)
Langtidsopbevaringsprodukter

4, Indflydelsen af ​​Immersion Tin på signaler
Struktur og princip
Afsætning af rent tinlag på kobberoverflade, typisk med en tykkelse på 0,8-1,2 μm.

Signalpåvirkningsanalyse
1. Det høje-frekvente tab er betydeligt større end det for sølvaflejring
Tins resistivitet er 6,4 gange kobbers (11,0 × 10 ⁻⁸Ω· m)
Tykkelsen af ​​tinlaget (0,8~1,2 μm) nærmer sig eller overstiger huddybden (0,66 μm) ved 10 GHz
Højfrekvent strøm forplanter sig hovedsageligt i tinlaget med høj modstand, med betydeligt indføringstab
2. Fladhedsfordel (det eneste højdepunkt)
Overfladen af ​​det aflejrede tin er ekstremt glat, og ruhedstabet af lederen er lille
Denne fordel burde have været mere fremtrædende i millimeterbølgefrekvensbåndet, men den blev opvejet af den høje resistivitet af tin selv

Pålidelighedsudfordring
1. Tin Whisker Vækst
Under tinlagets stressfrigivelsesproces vokser mikrometer-størrelse nålelignende knurhår spontant
Snæver afstand mellem loddepuder kan forårsage intermitterende kortslutninger
Langsigtet trussel mod høj-impedanskonsistens
2. IMC lagvækst
Kobbertin intermetalliske forbindelser (Cu ₆ Sn ₅ osv.) fortsætter med at vokse selv ved stuetemperatur
Resistiviteten af ​​IMC er meget højere end for rent tin, og den øges med aldring
Den langsomme stigning i kontaktmodstand er uacceptabel for RF front-enheder, der kræver høj fasestabilitet
3. Begrænset holdbarhed
Langtidsopbevaring er tilbøjelig til oxidation og misfarvning

Anvendelsesgrænse
Lavfrekvente applikationer under 10 GHz
Scenarier med høje krav til fladhed og loddekompatibilitet, såsom bilelektronik og industrielle kontroltavler
Anbefales ikke til RF/millimeterbølgescenarier
Anvendelser, der kræver ekstrem høj fasestabilitet

•  
•  

• 6, Forslag til valgbeslutning
  Vælg efter applikationsscenarie
  1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>20 GHz, såsom 5G millimeterbølge, 77G radar)

  Foretrukken: Sølvnedsænkning - med det laveste høje-frekvenstab og den bedste elektriske ydeevne

  Støtteforanstaltninger: vakuumforseglet emballage, kontrol af eksponeringstid før lapning, påføring af trefast maling for at undertrykke sølvmigrering

  Hvis montageprocesstyringskapaciteten er stærk, er OSP den ultimative mulighed for lavt tab (men har en kort opbevaringsperiode og er ikke modstandsdygtig over for flere reflow)

  2. Højfrekvent RF (5-20 GHz, såsom 5G Sub-6G, WiFi 6E)

  Førstevalg: Synkende sølv - optimal ydeevne, samtidig med at der tages hensyn til svejsbarheden

  Alternativ: Synkende guld (når tabsbudgettet er tilstrækkeligt), vær opmærksom på at kontrollere tykkelsen af ​​nikkellaget inden for 3-4 μm

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

  Førstevalg: Synkende guld - stærk oxidationsmodstand, lang holdbarhed, stabil svejsning

  Hvis omkostningsfølsomt: Blikaflejring (bemærk risikoen for knurhår og bagning for at lindre stress)

•  

   

  4. Scenarier såsom bilradar, der kræver stivhed for fladhed

  Tinaflejring+bagningsstressaflastningsproces - optimal fladhed, men streng kontrol af blikhår og IMC-vækst er påkrævet

  Vigtigt supplement: Ignorer ikke kobberfoliens ruhed
  Uanset hvilken overfladebehandling der vælges, har ruheden af ​​den underliggende kobberfolie ofte større indflydelse på høje-frekvenstab end selve overfladebehandlingen:

  Ved høje frekvenser kan forskellen i ledertab forårsaget af forskellig ruhed nå op på 0,3 ~ 0,5 dB/nch

  Højfrekvensplader skal parres med VLP/HVLP kobberfolier med lav ruhed og designes i forbindelse med overfladebehandlingsprocesser

  Den tidligere mikroætsningsproces kan også påvirke den endelige overfladeruhed, og klar kommunikation med pladefabrikken er påkrævet

•