고주파수 PCB 보드의 표면 처리를 선택하는 방법은 무엇입니까?- Sinking Gold, Sinking Silver 및 Sinking Tin이 신호에 미치는 영향 분석

아래에서는 -고주파 PCB 표면 처리 선택을 표피 효과 원리, 세 가지 프로세스의 신호 영향 메커니즘, 측정 데이터 비교, 선택 결정의 4가지 차원에서 체계적으로 분석합니다.

아래에서는 -고주파 PCB 표면 처리 선택을 표피 효과 원리, 세 가지 프로세스의 신호 영향 메커니즘, 측정 데이터 비교, 선택 결정의 4가지 차원에서 체계적으로 분석합니다.

2, ENIG가 신호에 미치는 영향
구조와 원리
금 증착 공정의 구조는 구리 표면 + 니켈층(3~5μm) + 금층(0.05~0.15μm)입니다. 금층은 매우 얇고 실제 본체는 니켈층입니다.

신호 영향 분석
1. 고주파-주파수 손실이 크게 증가합니다.
니켈의 저항률은 구리의 4배 이상이며, 니켈층의 두께(3~5μm)는 10GHz에서의 표피 깊이(0.66μm)보다 훨씬 두껍습니다.
고주파 전류는 구리층이 아닌 니켈층 내에서 거의 전적으로 전파됩니다.
업계 테스트에 따르면 ENIG는 10GHz에서 순수 구리에 비해 손실을 약 19.3% 증가시킵니다. 20GHz에서 약 25.1% 증가
28GHz 주파수 대역에서 ENIG는 순동선에 비해 약 0.06~0.15dB/cm의 추가 삽입 손실을 발생시킬 수 있습니다.

2. 니켈층의 두께에 따라 충격의 정도가 달라집니다.
니켈층이 3μm에서 6μm로 증가하여 신호 손실이 약 15% 증가했습니다.
금층이 0.03μm에서 0.1μm로 증가하고, 손실도 약 5% 증가(니켈층에 비해 충격이 훨씬 적음)

3. 기타 암묵적인 위험
흑색 납땜 패드 위험: 니켈 층의 부식 및 산화, 납땜 접합부의 극히 낮은 기계적 강도
니켈층의 거칠기가 상대적으로 높아 경로 임피던스와 반사가 더욱 증가합니다.

적용 범위
작동 주파수가 10GHz 미만이고 손실 예산이 느슨하면 종합적인 비용 효율성이-높습니다.
장기-보관(12개월 이상) 및 여러 번의 수리가 필요한 시나리오
20GHz 이상의 밀리미터파 주파수는 권장되지 않습니다.

3, Immersion Silver가 신호에 미치는 영향
구조와 원리
싱킹 은(Sinking Silver)은 변위 반응을 통해 구리 표면에 순은의 매우 얇은 층을 증착하며, 그 두께는 일반적으로 0.1~0.3μm입니다.

신호 영향 분석
1. 최적의 고주파-주파수 성능
은의 저항률(1.59μΩ·cm)은 구리보다 약간 낮아 모든 금속 중에서 전도성이 가장 높은 금속입니다.
은층의 두께(0.1~0.3μm)는 스킨 깊이인 10GHz(0.66μm)에 비해 얇으며, 여전히 고주파-주파수 전류가 구리층에 잘 들어갈 수 있습니다.
추가 손실은 거의 무시할 수 있으며 고주파 신호에 가장 친숙한 표면 처리 공정입니다.-
2. 표면 평탄도가 좋음
은층의 표면이 조밀하고 매끄러워 거칠기로 인한 산란 손실을 줄입니다.
밀리미터파 주파수 대역(30GHz 이상)에서는 평탄도의 이점이 특히 중요합니다.

신뢰성 과제(비용)
1. 실버 마이그레이션
높은 습도와 바이어스 환경에서 은 이온은 PCB 표면을 따라 이동하여 수지상 결정을 형성합니다.
미세한 간격(0.5mm 이하)으로 납땜 패드 사이에서 누출 또는 단락이 발생할 수 있습니다.
고주파 차동 쌍 또는 마이크로스트립 라인이 특히 영향을 받습니다.
2. 황화 및 산화
황화물에 매우 민감하며 몇 시간 동안 공기에 노출되면 색상이 변할 수 있습니다.

용접성 및 접촉 저항 안정성에 영향을 미칩니다.

패치를 부착하기 전에 포장을 엄격하게 밀봉하고 노출 시간을 조절하십시오.
3. 짧은 저장 수명
일반적으로 6~12개월에 불과하며 금에 담그는 12개월 이상의 기간보다 훨씬 낮습니다.

적용 범위
10GHz 이상의 고주파 RF, 5G 밀리미터파, 레이더, 위성통신
극도로 낮은 삽입 손실을 요구하는 고속 신호 링크
습도가 높은, 실외 및 산업 환경에서는 주의해서 사용하십시오(3가지 프루프 페인트 필요 및 패드 간격 증가).
장기 보관 제품

4, 침지 주석이 신호에 미치는 영향
구조와 원리
구리 표면에 순수 주석 층을 증착하며 일반적으로 두께는 0.8-1.2μm입니다.

신호 영향 분석
1. 고주파-주파수 손실은 은 증착보다 훨씬 큽니다.
주석의 저항은 구리(11.0 × 10 ⁻⁸Ω·m)의 6.4배입니다.
주석층의 두께(0.8~1.2μm)는 10GHz에서 표피 깊이(0.66μm)에 근접하거나 초과합니다.
고주파 전류는 주로 고저항 주석층에서 전파되며 상당한 삽입 손실이 발생합니다.
2. 평탄도의 장점(유일한 하이라이트)
증착된 주석의 표면은 매우 매끄러우며 도체의 거칠기 손실은 작습니다.
이러한 장점은 밀리미터파 주파수 대역에서 더욱 두드러져야 했지만 주석 자체의 높은 저항으로 인해 상쇄되었습니다.

신뢰성 문제
1. 주석 수염 성장
주석 층의 응력 해제 과정에서 마이크로미터 크기의 바늘 모양의 수염이 자발적으로 성장합니다.
납땜 패드 사이의 간격이 좁으면 간헐적인 단락이 발생할 수 있습니다.
고주파수 임피던스 일관성에 대한 장기적인 위협-
2. IMC 레이어 성장
구리주석 금속간 화합물(Cu ₆ Sn ₅ 등)은 상온에서도 계속 성장합니다.
IMC의 저항은 순수 주석의 저항보다 훨씬 높으며 노화에 따라 증가합니다.
높은 위상 안정성이 요구되는 RF 프런트엔드 장치에는 접촉 저항의 느린 증가가 허용되지 않습니다.
3. 제한된 저장 수명
장기간 보관하면 산화 및 변색되기 쉽습니다.

적용 범위
10GHz 미만의 저주파 애플리케이션
자동차 전자 장치 및 산업용 제어 보드와 같이 평탄도 및 납땜 호환성에 대한 요구 사항이 높은 시나리오
RF/밀리미터파 시나리오에는 권장되지 않음
매우 높은 위상 안정성이 필요한 애플리케이션

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• 6, 선택 결정 제안
  적용 시나리오별로 선택
  1. Millimeter wave/ultra-high frequency (>5G 밀리미터파, 77G 레이더 등 20GHz)

  선호: 고주파 손실이 가장 낮고 전기 성능이 가장 좋은 은침지 --

  지원 조치: 진공 밀봉 포장, 패치 전 노출 시간 제어, 은 이동 억제를 위한 3가지 프루프 페인트 적용

  조립 공정 제어 능력이 강한 경우 OSP는 최고의 저손실 옵션입니다(단, 보관 기간이 짧고 다중 리플로우에 강하지 않음).

  2. 고주파 RF(5G Sub-6G, WiFi 6E 등 5~20GHz)

  첫 번째 선택: 싱킹 실버 - 최적의 성능과 동시에 용접성도 고려

  대안: 금을 가라앉히는 것(손실 예산이 충분한 경우), 니켈 층의 두께를 3-4μm 이내로 제어하는 ​​데 주의하십시오.

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

  첫 번째 선택: 싱킹 골드 - 강한 내산화성, 긴 저장 수명, 안정적인 용접

  비용에 민감한 경우: 주석 증착(주석 수염이 생길 위험에 유의하고 베이킹하여 스트레스 해소)

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  4. 평탄성을 위해 강성이 필요한 자동차 레이더와 같은 시나리오

  주석 증착+소성 응력 완화 공정 - 평탄도는 최적이지만 주석 위스커 및 IMC 성장에 대한 엄격한 제어가 필요함

  중요 보충 사항: 동박의 거칠기를 무시하지 마십시오
  어떤 표면 처리를 선택하든 기본 동박의 거칠기는 표면 처리 자체보다 고주파 손실에 더 큰 영향을 미치는 경우가 많습니다.-

  고주파수에서 서로 다른 거칠기로 인한 도체 손실의 차이는 0.3~0.5dB/nch에 도달할 수 있습니다.

  고주파 보드는 VLP/HVLP 저조도 동박과 결합되어야 하며 표면 처리 공정과 함께 설계되어야 합니다.

  기존 마이크로 에칭 공정도 최종 표면 거칠기에 영향을 미칠 수 있어 보드 공장과의 명확한 소통이 필요하다.

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