วิธีการเลือกการรักษาพื้นผิวสำหรับบอร์ด Pcb ความถี่สูง- การวิเคราะห์ผลกระทบของทองคำจม เงินจม และดีบุกจมต่อสัญญาณ

ด้านล่างนี้ เราจะวิเคราะห์การเลือกการรักษาพื้นผิว PCB ความถี่สูง-อย่างเป็นระบบจากสี่มิติ: หลักการผลกระทบของผิวหนัง กลไกอิทธิพลของสัญญาณของสามกระบวนการ การเปรียบเทียบข้อมูลที่วัดได้ และการตัดสินใจเลือก

ด้านล่างนี้ เราจะวิเคราะห์การเลือกการรักษาพื้นผิว PCB ความถี่สูง-อย่างเป็นระบบจากสี่มิติ: หลักการผลกระทบของผิวหนัง กลไกอิทธิพลของสัญญาณของสามกระบวนการ การเปรียบเทียบข้อมูลที่วัดได้ และการตัดสินใจเลือก

2 อิทธิพลของ ENIG ต่อสัญญาณ
โครงสร้างและหลักการ
โครงสร้างของกระบวนการสะสมทองคือ: พื้นผิวทองแดง+ชั้นนิกเกิล (3-5 μ m) + ชั้นทอง (0.05~0.15 μ m) ชั้นทองมีความบางมากและตัวหลักที่แท้จริงคือชั้นนิกเกิล

การวิเคราะห์ผลกระทบของสัญญาณ
1. การเพิ่มขึ้นอย่างมากของการสูญเสียความถี่สูง-
ความต้านทานของนิกเกิลมากกว่าทองแดงสี่เท่า และความหนาของชั้นนิกเกิล (3-5 μ m) นั้นมากกว่าความลึกของผิวหนังที่ 10 GHz (0.66 μ m) มาก
กระแสความถี่สูงแพร่กระจายเกือบทั้งหมดภายในชั้นนิกเกิล แทนที่จะเป็นชั้นทองแดง
จากการทดสอบในอุตสาหกรรม ENIG เพิ่มการสูญเสียประมาณ 19.3% เมื่อเทียบกับทองแดงเปลือยที่ 10 GHz; เพิ่มขึ้นประมาณ 25.1% ที่ 20 GHz
ที่ย่านความถี่ 28 GHz ENIG สามารถทำให้เกิดการสูญเสียการแทรกเพิ่มเติมได้ประมาณ 0.06-0.15 dB/cm เมื่อเทียบกับทองแดงเปลือย

2. ระดับการกระแทกขึ้นอยู่กับความหนาของชั้นนิกเกิล
ชั้นนิกเกิลเพิ่มขึ้นจาก 3 μ m เป็น 6 μ m ส่งผลให้การสูญเสียสัญญาณเพิ่มขึ้นประมาณ 15%
ชั้นทองเพิ่มขึ้นจาก 0.03 μm เป็น 0.1 μm และการสูญเสียเพิ่มขึ้นประมาณ 5% (ผลกระทบน้อยกว่าชั้นนิกเกิลมาก)

3. ความเสี่ยงโดยนัยอื่น ๆ
ความเสี่ยงของแผ่นบัดกรีสีดำ: การกัดกร่อนและออกซิเดชั่นของชั้นนิกเกิล ความแข็งแรงเชิงกลของข้อต่อบัดกรีต่ำมาก
ความหยาบของชั้นนิกเกิลค่อนข้างสูง ทำให้อิมพีแดนซ์ของเส้นทางและการสะท้อนเพิ่มขึ้นอีก

ขอบเขตการบังคับใช้
เมื่อความถี่ในการทำงานต่ำกว่า 10 GHz และงบประมาณการสูญเสียไม่มาก ความคุ้มค่า{1}}ที่ครอบคลุมจะสูง
สถานการณ์ที่ต้องใช้พื้นที่เก็บข้อมูลระยะยาว- (มากกว่า 12 เดือน) และการซ่อมแซมหลายครั้ง
ไม่แนะนำให้ใช้ความถี่คลื่นมิลลิเมตรที่สูงกว่า 20 GHz

3 อิทธิพลของ Immersion Silver ต่อสัญญาณ
โครงสร้างและหลักการ
เงินจมจะสะสมชั้นเงินบริสุทธิ์บางๆ ไว้บนพื้นผิวทองแดงผ่านปฏิกิริยาการแทนที่ โดยมีความหนาปกติตั้งแต่ 0.1 ถึง 0.3 μm

การวิเคราะห์ผลกระทบของสัญญาณ
1. ประสิทธิภาพความถี่สูง-ที่เหมาะสมที่สุด
ความต้านทานของเงิน (1.59 μ Ω· cm) ต่ำกว่าความต้านทานของทองแดงเล็กน้อย ทำให้เป็นโลหะที่นำไฟฟ้าได้มากที่สุดในบรรดาโลหะทุกชนิด
ความหนาของชั้นเงิน (0.1~0.3 μ m) จะบางกว่าเมื่อเทียบกับความลึกของผิวหนังที่ 10 GHz (0.66 μ m) และกระแสความถี่สูง-ยังสามารถเข้าสู่ชั้นทองแดงได้ดี
การสูญเสียเพิ่มเติมนั้นแทบไม่มีนัยสำคัญเลยและเป็นกระบวนการปรับสภาพพื้นผิวที่เป็นมิตรที่สุดสำหรับ-สัญญาณความถี่สูง
2. ความเรียบของพื้นผิวที่ดี
พื้นผิวของชั้นเงินมีความหนาแน่นและเรียบเนียน ช่วยลดการสูญเสียการกระเจิงที่เกิดจากความหยาบ
ในย่านความถี่คลื่นมิลลิเมตร (สูงกว่า 30 GHz) ประโยชน์ของความเรียบมีความสำคัญอย่างยิ่ง

ความท้าทายด้านความน่าเชื่อถือ (ต้นทุน)
1. การโยกย้ายระดับซิลเวอร์
ภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีความชื้นและความเบี่ยงเบนสูง ไอออนของเงินจะเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิว PCB เพื่อสร้างผลึกเดนไดรต์
การรั่วไหลหรือไฟฟ้าลัดวงจรอาจเกิดขึ้นระหว่างแผ่นบัดกรีที่มีระยะห่างละเอียด (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.5 มม.)
คู่ดิฟเฟอเรนเชียลความถี่สูงหรือเส้นไมโครสตริปได้รับผลกระทบเป็นพิเศษ
2. ซัลเฟอร์ไรเซชันและออกซิเดชัน
มีความไวต่อซัลไฟด์อย่างมาก สามารถเปลี่ยนสีได้หลังจากสัมผัสกับอากาศเป็นเวลาหลายชั่วโมง

ส่งผลต่อความสามารถในการเชื่อมและความเสถียรของความต้านทานต่อการสัมผัส

ปิดผนึกบรรจุภัณฑ์อย่างเคร่งครัดและควบคุมเวลาการสัมผัสก่อนที่จะใช้แผ่นแปะ
3. อายุการเก็บรักษาสั้น
โดยปกติจะใช้เวลาเพียง 6-12 เดือน ซึ่งน้อยกว่าการแช่ทองคำที่มากกว่า 12 เดือนมาก

ขอบเขตการบังคับใช้
RF ความถี่สูงที่สูงกว่า 10 GHz, คลื่น 5G มิลลิเมตร, เรดาร์, การสื่อสารผ่านดาวเทียม
การเชื่อมโยงสัญญาณความเร็วสูงต้องการการสูญเสียการแทรกที่ต่ำมาก
ใช้ด้วยความระมัดระวังในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง กลางแจ้ง และในโรงงานอุตสาหกรรม (ต้องใช้สีกัน 3 สีและเพิ่มระยะห่างของแผ่น)
ผลิตภัณฑ์จัดเก็บระยะยาว

4 อิทธิพลของ Immersion Tin ต่อสัญญาณ
โครงสร้างและหลักการ
การสะสมชั้นดีบุกบริสุทธิ์บนพื้นผิวทองแดง โดยทั่วไปจะมีความหนา 0.8-1.2 μm

การวิเคราะห์ผลกระทบของสัญญาณ
1. การสูญเสียความถี่สูง-นั้นมากกว่าการสะสมของเงินอย่างมาก
ความต้านทานของดีบุกคือ 6.4 เท่าของทองแดง (11.0 × 10 ⁻⁸Ω· m)
ความหนาของชั้นดีบุก (0.8~1.2 μm) เข้าใกล้หรือเกินกว่าความลึกของผิวหนัง (0.66 μm) ที่ 10 GHz
กระแสไฟฟ้าความถี่สูงส่วนใหญ่แพร่กระจายในชั้นดีบุกที่มีความต้านทานสูง โดยมีการสูญเสียการแทรกซึมอย่างมีนัยสำคัญ
2. ข้อได้เปรียบด้านความเรียบ (จุดเด่นเท่านั้น)
พื้นผิวของดีบุกที่สะสมอยู่นั้นเรียบมาก และการสูญเสียความหยาบของตัวนำมีน้อย
ข้อได้เปรียบนี้น่าจะโดดเด่นกว่าในย่านความถี่คลื่นมิลลิเมตร แต่ถูกชดเชยด้วยความต้านทานสูงของตัวดีบุกเอง

ความท้าทายด้านความน่าเชื่อถือ
1. การเจริญเติบโตของดีบุกมัสสุ
ในระหว่างกระบวนการคลายความเครียดของชั้นดีบุก เข็มขนาดไมโครเมตร เช่น หนวดเครา จะเติบโตตามธรรมชาติ
ระยะห่างที่แคบระหว่างแผ่นบัดกรีอาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรเป็นระยะๆ
ภัยคุกคามระยะยาวต่อความสม่ำเสมอของอิมพีแดนซ์ความถี่สูง-
2. การเติบโตของชั้น IMC
สารประกอบระหว่างโลหะทองแดงดีบุก (Cu ₆ Sn ₅ ฯลฯ) ยังคงเติบโตต่อไปแม้ที่อุณหภูมิห้อง
ความต้านทานของ IMC นั้นสูงกว่าดีบุกบริสุทธิ์มากและจะเพิ่มขึ้นตามอายุ
ความต้านทานหน้าสัมผัสที่เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ นั้นเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้สำหรับอุปกรณ์ส่วนหน้า- RF ที่ต้องการความเสถียรของเฟสสูง
3. อายุการเก็บรักษาที่จำกัด
การเก็บรักษาในระยะยาวมีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชันและการเปลี่ยนสี

ขอบเขตการบังคับใช้
แอปพลิเคชันความถี่ต่ำต่ำกว่า 10 GHz
สถานการณ์ที่มีข้อกำหนดสูงสำหรับความเรียบและความเข้ากันได้ของการบัดกรี เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ และแผงควบคุมทางอุตสาหกรรม
ไม่แนะนำสำหรับสถานการณ์คลื่น RF/มิลลิเมตร
การใช้งานที่ต้องการความเสถียรของเฟสที่สูงมาก

•  
•  

• 6 ข้อเสนอแนะการตัดสินใจเลือก
  เลือกตามสถานการณ์การใช้งาน
  1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>20 GHz เช่น คลื่น 5G มิลลิเมตร, เรดาร์ 77G)

  ที่ต้องการ: การจุ่มซิลเวอร์ - ที่มีการสูญเสียความถี่สูง-ต่ำสุดและประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดีที่สุด

  มาตรการสนับสนุน: บรรจุภัณฑ์ปิดผนึกสูญญากาศ การควบคุมเวลาสัมผัสก่อนที่จะปะติดปะต่อ การใช้สีกันซึมสามสีเพื่อระงับการโยกย้ายของเงิน

  หากความสามารถในการควบคุมกระบวนการประกอบมีความแข็งแกร่ง OSP คือตัวเลือกการสูญเสียต่ำขั้นสูงสุด (แต่มีระยะเวลาการจัดเก็บสั้นและไม่ทนทานต่อการไหลซ้ำหลายครั้ง)

  2. RF ความถี่สูง (5-20 GHz เช่น 5G Sub-6G, WiFi 6E)

  ตัวเลือกแรก: เงินจม - ประสิทธิภาพสูงสุด ในขณะเดียวกันก็คำนึงถึงความสามารถในการเชื่อมด้วย

  ทางเลือก: ทองจม (เมื่องบขาดทุนเพียงพอ) ให้ใส่ใจกับการควบคุมความหนาของชั้นนิกเกิลให้อยู่ในช่วง 3-4 µm

  3. ความถี่ต่ำกลาง (<5 GHz)+high reliability requirements

  ตัวเลือกแรก: ทองจม - ต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่รุนแรง อายุการเก็บรักษายาวนาน การเชื่อมที่มั่นคง

  หากคำนึงถึงต้นทุน: การสะสมของดีบุก (สังเกตความเสี่ยงของหนวดดีบุกและอบเพื่อคลายความเครียด)

•  

   

  4. สถานการณ์เช่นเรดาร์ของรถยนต์ที่ต้องการความแข็งแกร่งเพื่อความเรียบ

  การสะสมของดีบุก+กระบวนการบรรเทาความเครียดจากการอบ - ความเรียบที่เหมาะสมที่สุด แต่จำเป็นต้องมีการควบคุมหนวดดีบุกและการเติบโตของ IMC อย่างเข้มงวด

  อาหารเสริมที่สำคัญ: อย่ามองข้ามความหยาบของฟอยล์ทองแดง
  ไม่ว่าจะเลือกการรักษาพื้นผิวแบบใด ความหยาบของฟอยล์ทองแดงที่อยู่ด้านล่างมักจะมีผลกระทบต่อการสูญเสียความถี่สูง-มากกว่าการรักษาพื้นผิวเอง:

  ที่ความถี่สูง ความแตกต่างของการสูญเสียตัวนำที่เกิดจากความหยาบที่แตกต่างกันอาจสูงถึง 0.3~0.5 dB/nch

  บอร์ดความถี่สูงต้องจับคู่กับฟอยล์ทองแดงที่มีความหยาบต่ำ VLP/HVLP และออกแบบร่วมกับกระบวนการปรับสภาพพื้นผิว

  กระบวนการแกะสลักระดับไมโครก่อนหน้านี้อาจส่งผลต่อความหยาบของพื้นผิวขั้นสุดท้าย และจำเป็นต้องมีการสื่อสารที่ชัดเจนกับโรงงานผลิตบอร์ด

•