Aşağıda, yüksek-frekanslı pcb yüzey işleminin seçimini dört boyuttan sistematik olarak analiz edeceğiz: cilt etkisi ilkesi, üç sürecin sinyal etki mekanizması, ölçülen verilerin karşılaştırılması ve seçim kararı.
Aşağıda, yüksek-frekanslı pcb yüzey işleminin seçimini dört boyuttan sistematik olarak analiz edeceğiz: cilt etkisi ilkesi, üç sürecin sinyal etki mekanizması, ölçülen verilerin karşılaştırılması ve seçim kararı.
| sıklık | Bakırın kabuk derinliği | Anlam |
|---|---|---|
| 1 GHz | Yaklaşık 2,1 mikron | Akım esas olarak 2,1 μm'lik yüzey katmanında yayılır |
| 10 GHz | Yaklaşık 0,66 mikron | 0,66 μm yüzey katmanındaki akım konsantrasyonu |
| 28 GHz | Yaklaşık0,40 μm | 5G milimetre dalga frekans bandı, son derece ince yüzey katmanı |
| 77 GHz | Yaklaşık 0,24 mikron | Araca monteli radar frekans bandı, yüzeylere karşı son derece hassas |
2, ENIG'in sinyaller üzerindeki etkisi
Yapı ve Prensip
Altın biriktirme işleminin yapısı şu şekildedir: bakır yüzey+nikel katman (3-5 μm)+altın katman (0,05~0,15 μm). Altın tabaka son derece incedir ve asıl ana gövde nikel tabakasıdır.
Sinyal Etki Analizi
1. Yüksek-frekans kayıplarında önemli artış
Nikelin direnci bakırın dört katından fazladır ve nikel tabakasının kalınlığı (3-5 μm), 10 GHz'deki (0,66 μm) yüzey derinliğinden çok daha fazladır.
Yüksek frekanslı akımlar bakır katman yerine neredeyse tamamen nikel katman içinde yayılır
Endüstri testlerine göre ENIG, 10 GHz'de çıplak bakırla karşılaştırıldığında kayıpları yaklaşık %19,3 oranında artırır; 20 GHz'de yaklaşık %25,1 artış
28 GHz frekans bandında ENIG, çıplak bakırla karşılaştırıldığında yaklaşık 0,06-0,15 dB/cm'lik ek bir ekleme kaybı sağlayabilir
2. Darbenin derecesi nikel tabakasının kalınlığına bağlıdır
Nikel katmanının 3 μm'den 6 μm'ye çıkması, sinyal kaybında yaklaşık %15'lik bir artışa neden oldu
Altın katman 0,03 μm'den 0,1 μm'ye yükseldi ve kayıp yaklaşık %5 arttı (etki nikel katmanının etkisinden çok daha küçük)
3. Diğer örtülü riskler
Siyah lehim pedi riski: nikel tabakasının korozyonu ve oksidasyonu, lehim bağlantılarının son derece düşük mekanik mukavemeti
Nikel katmanının pürüzlülüğü nispeten yüksektir, bu da yol empedansını ve yansımayı daha da artırır
Uygulanabilirlik Sınırı
Çalışma frekansı 10 GHz'in altında olduğunda ve kayıp bütçesi gevşek olduğunda kapsamlı maliyet-etkinliği yüksektir
Uzun-süreli depolama (12 aydan fazla) ve birden fazla onarım gerektiren senaryolar
20 GHz'in üzerindeki milimetre dalga frekansları önerilmez
3, Daldırma Gümüşünün sinyaller üzerindeki etkisi
Yapı ve Prensip
Batan gümüş, yer değiştirme reaksiyonu yoluyla bakır yüzeyi üzerinde kalınlığı genellikle 0,1 ila 0,3 μm arasında değişen çok ince bir saf gümüş tabakası biriktirir.
Sinyal Etki Analizi
1. Optimum yüksek-frekans performansı
Gümüşün direnci (1,59 μ Ω·cm) bakırınkinden biraz daha düşüktür, bu da onu tüm metaller arasında en iletken metal yapar
Gümüş katmanın kalınlığı (0,1~0,3 μm), 10 GHz'lik (0,66 μm) yüzey derinliğine kıyasla daha incedir ve yüksek-frekanslı akım yine de bakır katmana iyi bir şekilde girebilir
Ek kayıp neredeyse göz ardı edilebilir düzeydedir ve yüksek-frekans sinyalleri için en uygun yüzey işleme işlemidir
2. İyi yüzey düzlüğü
Gümüş katmanın yüzeyi yoğun ve pürüzsüz olup pürüzlülüğün neden olduğu saçılma kayıplarını azaltır
Milimetre dalga frekans bandında (30 GHz'in üzerinde), düzlüğün faydaları özellikle önemlidir
Güvenilirlik Mücadelesi (Maliyet)
1. Gümüş Geçişi
Yüksek nem ve önyargılı ortamda, gümüş iyonları PCB yüzeyi boyunca dendritik kristaller oluşturmak üzere göç eder
İnce aralıklı (0,5 mm'den az veya eşit) lehim pedleri arasında sızıntı veya kısa devre meydana gelebilir.
Yüksek frekanslı diferansiyel çiftler veya mikroşerit hatlar özellikle etkilenir
2. Sülfürizasyon ve oksidasyon
Sülfürlere karşı son derece hassastır, birkaç saat boyunca havaya maruz kaldıktan sonra renk değiştirebilir
Kaynaklanabilirliği ve temas direnci stabilitesini etkiler
Yamayı uygulamadan önce ambalajı sıkı bir şekilde kapatın ve maruz kalma süresini kontrol edin
3. Kısa saklama ömrü
Genellikle sadece 6-12 ay, 12 aydan fazla altına dalmaktan çok daha kısa
Uygulanabilirlik Sınırı
10 GHz'in üzerinde yüksek frekanslı RF, 5G milimetre dalga, radar, uydu iletişimi
Son derece düşük ekleme kaybı gerektiren yüksek hızlı sinyal bağlantıları
Yüksek nemli, dış mekan ve endüstriyel ortamlarda (üç geçirmez boya ve artan ped aralığı gerektirir) dikkatli kullanın.
Uzun süreli depolama ürünleri
4, Daldırma Kalayının sinyaller üzerindeki etkisi
Yapı ve Prensip
Saf kalay tabakasının bakır yüzeyi üzerinde tipik olarak 0,8-1,2 μm kalınlığında birikmesi.
Sinyal Etki Analizi
1. Yüksek-frekans kaybı, gümüş birikiminden önemli ölçüde daha fazladır
Kalayın direnci bakırın direncinin 6,4 katıdır (11,0 × 10 ⁻⁸Ω·m)
Kalay tabakasının kalınlığı (0,8~1,2 μm), 10 GHz'de yüzey derinliğine (0,66 μm) yaklaşır veya onu aşar
Yüksek frekanslı akım esas olarak yüksek dirençli kalay tabakasında yayılır ve önemli miktarda ekleme kaybı olur
2. Düzlük avantajı (tek öne çıkan)
Biriktirilen kalayın yüzeyi son derece pürüzsüzdür ve iletkenin pürüzlülük kaybı azdır.
Bu avantajın milimetrik dalga frekans bandında daha belirgin olması gerekirdi ancak kalayın kendisinin yüksek direnci ile dengelendi.
Güvenilirlik Mücadelesi
1. Teneke Bıyık Büyümesi
Kalay tabakasının gerilim giderme işlemi sırasında mikrometre boyutunda iğne benzeri bıyıklar kendiliğinden büyür
Lehim pedleri arasındaki dar aralık aralıklı kısa devrelere neden olabilir
Yüksek-frekans empedans tutarlılığına yönelik uzun vadeli tehdit
2. IMC katmanının büyümesi
Bakır kalay intermetalik bileşikler (Cu ₆ Sn ₅, vb.) oda sıcaklığında bile büyümeye devam eder
IMC'nin direnci saf kalayınkinden çok daha yüksektir ve yaşlanmayla birlikte artar.
Yüksek faz kararlılığı gerektiren RF ön uç cihazları için temas direncindeki yavaş artış kabul edilemez
3. Sınırlı saklama ömrü
Uzun süreli depolama oksidasyona ve renk bozulmasına eğilimlidir
Uygulanabilirlik Sınırı
10 GHz'in altındaki düşük frekanslı uygulamalar
Otomotiv elektroniği ve endüstriyel kontrol panoları gibi düzlük ve lehim uyumluluğu açısından yüksek gereksinimlere sahip senaryolar
RF/milimetre dalga senaryoları için önerilmez
Son derece yüksek faz kararlılığı gerektiren uygulamalar
-
6, Seçim Kararı Önerileri
Uygulama senaryosuna göre seçin
1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>20 GHz, örneğin 5G milimetre dalga, 77G radar)Tercih Edilen: En düşük yüksek-frekans kaybına ve en iyi elektrik performansına sahip gümüş daldırma -
Destekleyici önlemler: vakumla kapatılmış paketleme, yama öncesinde maruz kalma süresinin kontrolü, gümüş geçişini önlemek için üç dayanıklı boyanın uygulanması
Montaj süreci kontrol kapasitesi güçlüyse, OSP en düşük kayıplı seçenektir (ancak depolama süresi kısadır ve çoklu yeniden akışa dayanıklı değildir)
2. Yüksek frekanslı RF (5-20 GHz, örneğin 5G Sub-6G, WiFi 6E)
İlk tercih: Batan gümüş - optimum performansın yanı sıra kaynaklanabilirlik de göz önünde bulundurulur
Alternatif: Altını batırırken (kayıp bütçesi yeterli olduğunda), nikel tabakasının kalınlığını 3-4 μ m içinde kontrol etmeye dikkat edin.
3. Orta düşük frekans (<5 GHz)+high reliability requirements
İlk tercih: Batan altın - güçlü oksidasyon direnci, uzun depolama ömrü, stabil kaynak
Maliyete duyarlı ise: Kalay birikmesi (kalay bıyığı riskine dikkat edin ve stresi azaltmak için pişirin)
-
4. Düzlük için sertlik gerektiren otomotiv radarı gibi senaryolarKalay biriktirme+pişirme stres giderme işlemi - optimum düzlük, ancak kalay bıyıklarının ve IMC büyümesinin sıkı kontrolü gereklidir
Önemli ek: Bakır folyonun pürüzlülüğünü göz ardı etmeyin
Hangi yüzey işlemi seçilirse seçilsin, alttaki bakır folyonun pürüzlülüğü genellikle yüksek-frekans kayıpları üzerinde yüzey işleminin kendisinden daha büyük bir etkiye sahiptir:Yüksek frekanslarda, farklı pürüzlülüğün neden olduğu iletken kaybındaki fark 0,3~0,5 dB/nch'e ulaşabilir
Yüksek frekanslı kartlar, VLP/HVLP düşük pürüzlü bakır folyolarla eşleştirilmeli ve yüzey işleme prosesleriyle birlikte tasarlanmalıdır.
Önceki mikro aşındırma işlemi aynı zamanda son yüzey pürüzlülüğünü de etkileyebilir ve levha fabrikasıyla net bir iletişim gereklidir.
-