Hur väljer man ytbehandling för hög-pcb-kort? Analys av effekterna av sjunkande guld, sjunkande silver och sjunkande tenn på signaler

Nedan kommer vi systematiskt att analysera valet av högfrekvent PCb-ytbehandling från fyra dimensioner: hudeffektprincip, signalpåverkansmekanism för tre processer, jämförelse av uppmätta data och urvalsbeslut.

Nedan kommer vi systematiskt att analysera valet av högfrekvent PCb-ytbehandling från fyra dimensioner: hudeffektprincip, signalpåverkansmekanism för tre processer, jämförelse av uppmätta data och urvalsbeslut.

2, Inverkan av ENIG på signaler
Struktur och princip
Strukturen för gulddeponeringsprocessen är: kopparyta+nickelskikt (3-5 μm)+guldskikt (0,05~0,15 μm). Guldskiktet är extremt tunt, och den verkliga huvudkroppen är nickelskiktet.

Signalpåverkansanalys
1. Betydande ökning av hög-frekvensförluster
Resistiviteten för nickel är mer än fyra gånger den för koppar, och tjockleken på nickelskiktet (3-5 μm) är mycket större än skaldjupet vid 10 GHz (0,66 μm)
Högfrekventa strömmar utbreder sig nästan helt inom nickelskiktet, snarare än kopparskiktet
Enligt industritester ökar ENIG förlusterna med cirka 19,3 % jämfört med ren koppar vid 10 GHz; Öka med cirka 25,1 % vid 20 GHz
På 28 GHz-frekvensbandet kan ENIG introducera en ytterligare insättningsförlust på cirka 0,06-0,15 dB/cm jämfört med ren koppar

2. Graden av stöt beror på nickelskiktets tjocklek
Nickelskiktet ökade från 3 μm till 6 μm, vilket resulterade i en ökning med cirka 15 % i signalförlust
Guldskiktet ökade från 0,03 μm till 0,1 μm, och förlusten ökade med cirka 5 % (påverkan är mycket mindre än nickelskiktets)

3. Andra implicita risker
Risk för svart löddyna: korrosion och oxidation av nickelskiktet, extremt låg mekanisk hållfasthet hos lödfogarna
Nickelskiktets grovhet är relativt hög, vilket ytterligare ökar vägimpedansen och reflektionen

Tillämpningsgräns
När driftsfrekvensen är under 10 GHz och förlustbudgeten är lös, är den omfattande kostnadseffektiviteten-hög
Scenarier som kräver-långtidslagring (över 12 månader) och flera reparationer
Millimetervågsfrekvenser över 20 GHz rekommenderas inte

3, Inverkan av Immersion Silver på signaler
Struktur och princip
Sjunkande silver avsätter ett mycket tunt lager av rent silver på kopparytan genom förskjutningsreaktion, med en tjocklek som vanligtvis sträcker sig från 0,1 till 0,3 μm.

Signalpåverkansanalys
1. Optimal hög-prestanda
Resistiviteten för silver (1,59 μ Ω· cm) är något lägre än för koppar, vilket gör den till den mest ledande metallen bland alla metaller
Tjockleken på silverskiktet (0,1~0,3 μm) är tunnare jämfört med huddjupet på 10 GHz (0,66 μm), och hög-ström kan fortfarande komma in i kopparskiktet väl
Den extra förlusten är nästan försumbar och är den mest vänliga ytbehandlingsprocessen för hög-signaler
2. Bra ytplanhet
Ytan på silverskiktet är tät och slät, vilket minskar spridningsförluster orsakade av grovhet
I millimetervågsfrekvensbandet (över 30 GHz) är fördelarna med planhet särskilt betydande

Tillförlitlighetsutmaning (kostnad)
1. Silvermigrering
Under hög luftfuktighet och förspänningsmiljö migrerar silverjoner längs PCB-ytan för att bilda dendritiska kristaller
Läckage eller till och med kortslutning kan uppstå mellan lödkuddar med ett fint avstånd (mindre än eller lika med 0,5 mm)
Högfrekventa differentialpar eller mikrostriplinjer är särskilt påverkade
2. Sulfurisering och oxidation
Extremt känslig för sulfider, kan ändra färg efter exponering för luft i flera timmar

Påverkar svetsbarhet och kontaktmotståndsstabilitet

Försegla förpackningen strikt och kontrollera exponeringstiden innan du applicerar plåstret
3. Kort lagringstid
Vanligtvis bara 6-12 månader, mycket lägre än de mer än 12 månadernas nedsänkning i guld

Tillämpningsgräns
Högfrekvent RF över 10 GHz, 5G millimetervåg, radar, satellitkommunikation
Höghastighetssignallänkar som kräver extremt låga insättningsförluster
Använd med försiktighet i miljöer med hög luftfuktighet, utomhus och industriella miljöer (kräver tre proof färg och ökande mellanrum mellan dynorna)
Långtidsförvaringsprodukter

4, Inverkan av Immersion Tin på signaler
Struktur och princip
Avsättning av rent tennskikt på kopparyta, typiskt med en tjocklek på 0,8-1,2 μm.

Signalpåverkansanalys
1. Den höga-frekventa förlusten är betydligt större än för silveravsättning
Tenns resistivitet är 6,4 gånger koppars (11,0 × 10 ⁻⁸Ω·m)
Tjockleken på tennskiktet (0,8~1,2 μm) närmar sig eller överskrider skaldjupet (0,66 μm) vid 10 GHz
Högfrekvent ström utbreder sig huvudsakligen i tennskiktet med hög resistans, med betydande insättningsförluster
2. Platthetsfördel (den enda höjdpunkten)
Ytan på det avsatta tennet är extremt slät och ledarens grovhetsförlust är liten
Denna fördel borde ha varit mer framträdande i millimetervågsfrekvensbandet, men den kompenserades av tennets höga resistivitet

Tillförlitlighetsutmaning
1. Tillväxt av plåtmorrhår
Under tennlagrets stressfrigöringsprocess växer mikrometerstora nålliknande morrhår spontant
Snäva avstånd mellan lödkuddar kan orsaka intermittent kortslutning
Långsiktigt hot mot hög-impedanskonsistens
2. IMC-lagertillväxt
Koppartenn intermetalliska föreningar (Cu ₆ Sn ₅, etc.) fortsätter att växa även vid rumstemperatur
Resistiviteten hos IMC är mycket högre än för rent tenn, och den ökar med åldrandet
Den långsamma ökningen av kontaktresistans är oacceptabel för RF front-enheter som kräver hög fasstabilitet
3. Begränsad lagringstid
Långtidslagring är utsatt för oxidation och missfärgning

Tillämpningsgräns
Lågfrekvensapplikationer under 10 GHz
Scenarier med höga krav på planhet och lödkompatibilitet, såsom bilelektronik och industriella styrkort
Rekommenderas inte för RF/millimetervågscenarier
Applikationer som kräver extremt hög fasstabilitet

•  
•  

• 6, Urvalsbeslutsförslag
  Välj efter applikationsscenario
  1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>20 GHz, till exempel 5G millimetervåg, 77G radar)

  Föredraget: Silvernedsänkning - med lägst hög-frekvensförlust och bästa elektriska prestanda

  Stödåtgärder: vakuumförseglad förpackning, kontroll av exponeringstiden före lappning, applicering av trefast färg för att undertrycka silvermigrering

  Om förmågan att styra monteringsprocessen är stark är OSP det ultimata alternativet med låg förlust (men har en kort lagringstid och är inte motståndskraftig mot flera återflöden)

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

  Första val: Sjunkande silver - optimal prestanda, samtidigt som svetsbarheten beaktas

  Alternativ: Sjunkande guld (när förlustbudgeten är tillräcklig), var uppmärksam på att kontrollera nickelskiktets tjocklek inom 3-4 μm

  3. Mellan låg frekvens (<5 GHz)+high reliability requirements

  Första val: Sjunkande guld - stark oxidationsbeständighet, lång lagringstid, stabil svetsning

  Om kostnadskänsligt: ​​Tennavlagring (observera risken för tennmorrhår och baka för att lindra stress)

•  

   

  4. Scenarier som bilradar som kräver styvhet för planhet

  Tennavsättning+avlastningsprocess för bakning - optimal planhet, men strikt kontroll av tennmorrhår och IMC-tillväxt krävs

  Viktigt tillägg: Ignorera inte kopparfoliens grovhet
  Oavsett vilken ytbehandling som väljs har grovheten hos den underliggande kopparfolien ofta en större inverkan på hög-frekvensförluster än själva ytbehandlingen:

  Vid höga frekvenser kan skillnaden i ledarförlust orsakad av olika grovhet nå 0,3~0,5 dB/nch

  Högfrekvensskivor måste paras med VLP/HVLP kopparfolier med låg råhet och utformas i samband med ytbehandlingsprocesser

  Den tidigare mikroetsningsprocessen kan också påverka den slutliga ytråheten, och tydlig kommunikation med kartongfabriken krävs

•