Làm cách nào để chọn phương pháp xử lý bề mặt cho bo mạch Pcb tần số cao-? Phân tích ảnh hưởng của việc chìm vàng, chìm bạc và chìm thiếc đối với tín hiệu

Dưới đây, chúng tôi sẽ phân tích một cách có hệ thống việc lựa chọn phương pháp xử lý bề mặt pcb tần số cao-từ bốn chiều: nguyên lý hiệu ứng bề mặt, cơ chế ảnh hưởng tín hiệu của ba quy trình, so sánh dữ liệu đo được và quyết định lựa chọn.

Dưới đây, chúng tôi sẽ phân tích một cách có hệ thống việc lựa chọn phương pháp xử lý bề mặt pcb tần số cao-từ bốn chiều: nguyên lý hiệu ứng bề mặt, cơ chế ảnh hưởng tín hiệu của ba quy trình, so sánh dữ liệu đo được và quyết định lựa chọn.

2, Ảnh hưởng của ENIG đến tín hiệu
Cấu trúc và nguyên tắc
Cấu trúc của quá trình lắng đọng vàng là: bề mặt đồng + lớp niken (3-5 μ m) + lớp vàng (0,05 ~ 0,15 μ m). Lớp vàng cực kỳ mỏng và lớp chính thực sự là lớp niken.

Phân tích tác động tín hiệu
1. Mức suy hao tần số-cao tăng đáng kể
Điện trở suất của niken lớn hơn bốn lần so với đồng và độ dày của lớp niken (3-5 μ m) lớn hơn nhiều so với độ sâu của da ở 10 GHz (0,66 μ m)
Dòng điện tần số cao lan truyền gần như hoàn toàn trong lớp niken, thay vì lớp đồng
Theo các thử nghiệm trong ngành, ENIG tăng tổn hao khoảng 19,3% so với đồng trần ở tần số 10 GHz; Tăng khoảng 25,1% ở 20 GHz
Ở dải tần 28 GHz, ENIG có thể gây ra tổn thất chèn bổ sung khoảng 0,06-0,15 dB/cm so với đồng trần

2. Mức độ va đập phụ thuộc vào độ dày của lớp niken
Lớp niken tăng từ 3 μm lên 6 μm, dẫn đến mất tín hiệu tăng khoảng 15%
Lớp vàng tăng từ 0,03 μm lên 0,1 μm và tổn thất tăng khoảng 5% (tác động nhỏ hơn nhiều so với lớp niken)

3. Rủi ro tiềm ẩn khác
Nguy cơ miếng hàn màu đen: ăn mòn và oxy hóa lớp niken, độ bền cơ học cực thấp của mối hàn
Độ nhám của lớp niken tương đối cao, làm tăng thêm trở kháng và phản xạ đường dẫn

Ranh giới ứng dụng
Khi tần số hoạt động dưới 10 GHz và lượng tổn hao không lớn thì hiệu quả chi phí-toàn diện sẽ cao
Các trường hợp yêu cầu lưu trữ-dài hạn (trên 12 tháng) và sửa chữa nhiều lần
Không nên sử dụng tần số sóng milimet trên 20 GHz

3, Ảnh hưởng của Immersion Silver đến tín hiệu
Cấu trúc và nguyên tắc
Bạc chìm tạo ra một lớp bạc nguyên chất rất mỏng trên bề mặt đồng thông qua phản ứng dịch chuyển, với độ dày thường dao động từ 0,1 đến 0,3 μm.

Phân tích tác động tín hiệu
1. Hiệu suất tần số cao-tối ưu
Điện trở suất của bạc (1,59 μ Ω· cm) thấp hơn một chút so với đồng, khiến nó trở thành kim loại dẫn điện tốt nhất trong số tất cả các kim loại
Độ dày của lớp bạc (0,1~0,3 μ m) mỏng hơn so với độ sâu của lớp da 10 GHz (0,66 μ m) và dòng điện tần số cao vẫn có thể đi vào lớp đồng
Suy hao bổ sung hầu như không đáng kể và là quy trình xử lý bề mặt thân thiện nhất đối với các tín hiệu tần số cao-
2. Độ phẳng bề mặt tốt
Bề mặt lớp bạc dày đặc và mịn màng, giảm tổn thất tán xạ do độ nhám
Ở dải tần sóng milimet (trên 30 GHz), lợi ích của độ phẳng là đặc biệt đáng kể

Thách thức về độ tin cậy (Chi phí)
1. Di chuyển bạc
Trong môi trường có độ ẩm và sai lệch cao, các ion bạc di chuyển dọc theo bề mặt PCB để tạo thành các tinh thể đuôi gai
Rò rỉ hoặc thậm chí đoản mạch có thể xảy ra giữa các miếng hàn với khoảng cách vừa phải (Nhỏ hơn hoặc bằng 0,5 mm)
Các cặp vi sai tần số cao hoặc các đường vi dải bị ảnh hưởng đặc biệt
2. Lưu huỳnh và oxy hóa
Cực kỳ nhạy cảm với sunfua, có thể đổi màu sau khi tiếp xúc với không khí trong vài giờ

Ảnh hưởng đến khả năng hàn và độ ổn định điện trở tiếp xúc

Niêm phong chặt chẽ bao bì và kiểm soát thời gian phơi sáng trước khi dán miếng dán
3. Thời gian bảo quản ngắn
Thường chỉ 6-12 tháng, thấp hơn nhiều so với hơn 12 tháng ngâm vàng

Ranh giới ứng dụng
RF tần số cao trên 10 GHz, sóng milimet 5G, radar, liên lạc vệ tinh
Liên kết tín hiệu tốc độ cao yêu cầu suy hao chèn cực thấp
Sử dụng thận trọng trong môi trường có độ ẩm cao, ngoài trời và công nghiệp (yêu cầu sơn ba lớp và tăng khoảng cách giữa các miếng đệm)
Sản phẩm bảo quản lâu dài

4, Ảnh hưởng của Thiếc ngâm tới tín hiệu
Cấu trúc và nguyên tắc
Sự lắng đọng lớp thiếc nguyên chất trên bề mặt đồng, thường có độ dày 0,8-1,2 μm.

Phân tích tác động tín hiệu
1. Mức suy giảm tần số cao-lớn hơn đáng kể so với mức lắng đọng bạc
Điện trở suất của thiếc gấp 6,4 lần đồng (11,0 × 10 ⁻⁸Ω· m)
Độ dày của lớp thiếc (0,8~1,2 μm) đạt tới hoặc vượt quá độ sâu của lớp da (0,66 μm) ở tần số 10 GHz
Dòng điện tần số cao chủ yếu lan truyền trong lớp thiếc có điện trở cao, gây ra tổn thất chèn đáng kể
2. Ưu điểm về độ phẳng (điểm nổi bật duy nhất)
Bề mặt của thiếc lắng cực kỳ mịn và độ nhám của dây dẫn bị mất nhỏ
Ưu điểm này lẽ ra phải nổi bật hơn ở dải tần số sóng milimet, nhưng nó đã bị bù đắp bởi điện trở suất cao của chính thiếc.

Thử thách độ tin cậy
1. Tăng trưởng râu thiếc
Trong quá trình giải phóng ứng suất của lớp thiếc, những chiếc kim có kích thước micromet như râu ria sẽ tự phát triển
Khoảng cách hẹp giữa các miếng hàn có thể gây đoản mạch không liên tục
Mối đe dọa lâu dài đối với-tính nhất quán của trở kháng tần số cao
2. Tăng trưởng lớp IMC
Các hợp chất liên kim loại thiếc đồng (Cu ₆ Sn ₅, v.v.) tiếp tục phát triển ngay cả ở nhiệt độ phòng
Điện trở suất của IMC cao hơn nhiều so với thiếc nguyên chất và tăng theo độ tuổi
Điện trở tiếp xúc tăng chậm là không thể chấp nhận được đối với các thiết bị đầu cuối RF{0}}yêu cầu độ ổn định pha cao
3. Thời gian bảo quản hạn chế
Lưu trữ lâu dài dễ bị oxy hóa và đổi màu

Ranh giới ứng dụng
Các ứng dụng tần số thấp dưới 10 GHz
Các kịch bản có yêu cầu cao về độ phẳng và khả năng tương thích hàn, chẳng hạn như thiết bị điện tử ô tô và bảng điều khiển công nghiệp
Không được khuyến nghị cho các tình huống sóng RF/milimet
Các ứng dụng yêu cầu độ ổn định pha cực cao

•  
•  

• 6, Đề xuất quyết định lựa chọn
  Chọn theo kịch bản ứng dụng
  1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>20 GHz, chẳng hạn như sóng milimet 5G, radar 77G)

  Ưu tiên: Ngâm bạc - với mức suy giảm tần số-cao thấp nhất và hiệu suất điện tốt nhất

  Các biện pháp hỗ trợ: đóng gói kín chân không, kiểm soát thời gian phơi sáng trước khi vá, sử dụng sơn ba lớp để ngăn chặn sự di chuyển của bạc

  Nếu khả năng kiểm soát quá trình lắp ráp mạnh, OSP là lựa chọn tối ưu có mức tổn thất thấp nhất (nhưng có thời gian lưu trữ ngắn và không có khả năng chống lại nhiều phản xạ)

  2. RF tần số cao (5-20 GHz, chẳng hạn như 5G Sub-6G, WiFi 6E)

  Lựa chọn đầu tiên: Bạc chìm - có hiệu suất tối ưu, đồng thời xem xét khả năng hàn

  Phương án thay thế: Chìm vàng (khi đủ kinh phí hao hụt), chú ý kiểm soát độ dày lớp niken trong phạm vi 3-4 μm

  3. Tần số trung bình thấp (<5 GHz)+high reliability requirements

  Lựa chọn đầu tiên: Vàng chìm - có khả năng chống oxy hóa mạnh, thời gian bảo quản lâu, hàn ổn định

  Nếu nhạy cảm với chi phí: Lắng đọng thiếc (lưu ý nguy cơ bị rỉ thiếc và nướng để giảm bớt căng thẳng)

•  

   

  4. Các tình huống như radar ô tô đòi hỏi độ cứng cho độ phẳng

  Quá trình lắng đọng thiếc+giảm căng thẳng khi nướng - độ phẳng tối ưu, nhưng cần phải kiểm soát chặt chẽ râu thiếc và sự phát triển của IMC

  Bổ sung quan trọng: Đừng bỏ qua độ nhám của lá đồng
  Cho dù chọn phương pháp xử lý bề mặt nào thì độ nhám của lá đồng bên dưới thường có tác động lớn hơn đến sự suy giảm tần số-cao so với chính phương pháp xử lý bề mặt:

  Ở tần số cao, chênh lệch tổn thất dây dẫn do độ nhám khác nhau có thể đạt tới 0,3 ~ 0,5 dB/nch

  Bảng tần số cao phải được ghép nối với lá đồng có độ nhám thấp VLP/HVLP và được thiết kế kết hợp với quy trình xử lý bề mặt

  Quá trình khắc vi mô trước đó cũng có thể ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt cuối cùng và cần phải có sự giao tiếp rõ ràng với nhà máy sản xuất ván.

•