1, Hvorfor er HASL ikke egnet til højfrekvenstavler?
Kerneårsagerne kan tilskrives de fire store problemer med "en høj, to ujævnheder og en påvirkning":
1. Tin's resistivitet er for høj → signaltab stiger dramatisk
Dette er den grundlæggende årsag. Højfrekvente signaler udviser hudeffekt - strøm flyder kun i et meget tyndt lag på overfladen af lederen:
2. Ujævnheder i overfladen → kraftig signalrefleksion
Spraylodning er en fysisk proces, der bruger en varmluftskniv til at udjævne smeltet loddemetal, med en overfladefladhedsfejl på omkring ± 2 μm og tilstedeværelsen af mikromorfologi såsom fremspring, fordybninger og loddetoppe.
Højfrekvente signaler er ekstremt følsomme over for overfladeglathed - ujævne overflader er som "ujævne veje", hvilket kan forårsage signalrefleksion, spredning og impedansdiskontinuitet, hvilket direkte forringer returtab og signalintegritet. I modsætning hertil kan fladheden af immersionsguldprocessen nå ± 0,5 μm, hvilket er tæt på en spejloverflade.
3. Ujævn tykkelse → impedanstab af kontrol
Tykkelsesområdet for tinsprøjtning er bredt (5-25 μm eller endnu større), og der er betydelige tykkelsesforskelle i forskellige områder, hvilket resulterer i:
Den effektive linjebredde og ækvivalente dielektriske konstant for mikrostrip/strip-linjer er ustabile
Impedansen svinger meget og kan ikke opfylde impedanstolerancekravene på ± 5 Ω eller endnu strengere for høj-tavler
Resonansfrekvensforskydningen og forstærkningsfaldet af antennen
4. Høj temperatur termisk stød → Højfrekvent substratrisiko
Tinsprøjtning kræver, at hele brættet nedsænkes i smeltet loddemiddel ved 250-260 grader C, hvilket forårsager alvorligt termisk stød til PTFE-baserede høj-højfrekvente plader såsom Rogers og Taconic, hvilket let kan føre til pladevridning og delaminering af mellemlag, især på tykke og store plader.
Desuden kan tinperlerne og graterne, der genereres ved tinsprøjtning, også forårsage kortslutninger med fine tonehøjde og elektromagnetisk interferens.
2, Hvordan vælger man mellem synkende guld, synkende sølv og OSP?
Den høje-præstationsrangering af de tre processer er: sølvaflejring ≈ OSP
1. ENIG immersionsguld (immersion nikkelguld)
Struktur: Kobber+Nikkellag (3-5 μm)+Guldlag (0,05-0,15 μm)
Højfrekvent fare: Når frekvensen overstiger 10 GHz, er huddybden (0,66 μm) meget mindre end tykkelsen af nikkellaget (3-5 μm), og strømmen forplanter sig næsten udelukkende i nikkellaget med høj modstand. Det målte tab ved 10 GHz er omkring 19,3 % højere end det for bart kobber, og ved 20 GHz er det omkring 25,1 % højere. Det ekstra indsættelsestab ved 28 GHz er omkring 0,06-0,15 dB/cm.
Gældende scenarier:
Driftsfrekvens under 10 GHz og løst tabsbudget
Kræver langtidsopbevaring-, flere reparationer/svejsninger
Der er BGA, QFN og andre fine pitch-pakker tilgængelige
Vær opmærksom på risikoen for "sort plade" og vælg en pladefabrik med streng kontrol. Phosphorindholdet i nikkellaget bør kontrolleres til 7% til 9%
2. Sølvnedsænkning (immersion sølv)
Struktur: Kobber+sølvlag (0,1-0,4 μm)
Kernefordel: Sølv har den højeste ledningsevne blandt alle metaller, endda lidt bedre end kobber. Ved 10 GHz øges tabet kun med 2,12 % sammenlignet med blottet kobber, og ved 20 GHz øges det kun med 0,96 %, hvilket gør det til processen med den bedste-højfrekvente ydeevne.
Hovedrisici:
Sølvionmigrering: Under høj luftfugtighed og forspændt miljø migrerer sølvioner langs overfladen for at danne dendritiske krystaller, som kan forårsage lækage eller endda kortslutning mellem fint adskilte loddepuder
Svovlering/oxidation: følsom over for sulfider, kan ændre farve efter et par timer i luften
Høje opbevaringskrav, kontroller eksponeringstiden før montering
Gældende scenarier:
Millimeterbølgeapplikationer over 20 GHz (77G radar, 5G millimeterbølgeantenne, satellitkommunikation)
Højhastigheds-/RF-links, der er meget følsomme over for tabsbudgetter
Brug med forsigtighed i høj luftfugtighed, udendørs og industrielle miljøer (kræver tre-fast maling og øget pudeafstand)
3. OSP (organisk loddemaske)
Struktur: Kobber+organisk chelateringsmembran (0,2-0,5 μm)
Kernefordel: Uden at indføre metallag med høj resistivitet er den høje-frekvente ydeevne fuldstændig i overensstemmelse med nøgent kobber, og overfladen er den glatteste, og impedansen er den mest stabile. Omkostningerne er den laveste blandt de tre processer.
Vigtigste begrænsninger:
Filmen er ekstremt tynd og ikke modstandsdygtig over for flere lodninger (filmlaget vil blive beskadiget efter en reflow)
Kort opbevaringstid, følsom over for fugt og temperatur
Ikke egnet til produkter, der kræver reparation eller langvarig-beholdning
Ustabil kontaktmodstand, ikke egnet til kontaktapplikationer såsom knapper og stik
Gældende scenarier:
Millimeterbølgemoduler over 20 GHz kræver ekstremt store tab
En gang reflow lodning proces, små batch R&D prøver
Produkter, der er omkostningsfølsomme og har hurtig produktionsomsætning
Ikke egnet til flere svejsninger,-langtidsopbevaring og kontaktapplikationer