Финишные покрытия. Часть 2: типы покрытий СВЧ плат

Олеся (@leka_engineer), инженер-разработчик СВЧ устройств, рассказывает о защитных и финишных покрытиях СВЧ плат.

Введение

В первой части я писала о наиболее распространённых финишных покрытиях в моей сфере — проектировании СВЧ блоков и устройств. В этой части хочу рассказать о защитных и финишных покрытиях СВЧ плат.

Покрытия металлические 

Рисунок на платах (кроме поликоровых) делается методом травления меди, которая уже нанесена на листы производителем диэлектрических подложек. В случае СВЧ плат завод-производитель печатных плат не использует "свою" медь для создания топологии. Медь используется только для осаждения в металлизированные отверстия. Предупреждая вопросы насчёт многослойных плат — СВЧ многослойные платы делаются методом попарного прессования.

Дополнение 1: Кстати, стоит понимать, что медь осаждается везде, и общая толщина слоя меди будет больше, чем указана на фольгированном листе подложки. Например Резонит в случае двухслойной платы с изначальной толщиной меди 18 мкм советует ориентироваться на итоговую толщину 40 мкм.

Дополнение 2: Картина распределения поверхностного тока в микрополосковой линии представлена на рисунке 1. Как видите, бо́льшая часть тока сосредоточена у нижней стороны, прилегающей к подложке (именно поэтому важен метод нанесения фольги, об этом я писала ранее), но все-таки какая-то часть есть и на внешней поверхности, там где осаждается медь, а затем финишное покрытие.

1 Поверхностный ток. Картинка взята из видео

Медь не рекомендуется оставлять непокрытой, она создает гальванопару практически со всеми металлами, окисляется на воздухе, поверхность теряет красивый вид — появляются разводы и пятна.

Иммерсионное серебро

Имм.серебро — пожалуй, лучший тип покрытия для СВЧ плат. Обеспечивает высокую проводимость, следовательно низкие потери. Толщина покрытия в Резонит 0,200-0,300 мкм. На сайте есть ссылка на технологический стандарт IPC-4553, к сожалению, я не смогла его найти, но подразумеваю, что там написана та же цифра. Известны проблемы с миграцией частиц серебра и "вылезанием" меди из-под серебра, но в целом при грамотно поставленной технологии покрытие долговечно.

2 Плата с покрытием иммерсионным серебром

Иммерсионное золото

Имм. золото — самое распространённое финишное покрытие плат. Главная проблема этого покрытия — необходимость наличия подслоя никеля, из-за которого фактически нивелируется высокая проводимость золота. Проводимость никеля меньше проводимости меди. Экспериментальные результаты исследований инженеров из Роджерса можно посмотреть в моем переводе их статьи (слайды 7 и 8). Согласно стандарту IPC-4552, минимальная толщина слоя золота 0,050 мкм. Резонит на сайте пишет, что толщина подслоя никеля 3 - 6 мкм, а толщина золота 0,075 - 0,125 мкм, технолог уточнил, что они выдерживают толщину золота 0,050 - 0,100 мкм. 

Скриншот из IPC-4552

Итак, если им.золото такое "плохое "покрытие, почему же его используют? Причина 1 — только на золото можно сделать разварку. То есть все платы для некорпусированных кристаллов под разварку должны иметь в качестве финишного покрытия золото. Пайка на эвтектику также может осуществляться только на золото. Причина 2 — некоторые производители не делают серебро, только золото.

Покрытия металлические — защитные покрытия

Часто платы замонтированы в герметичные корпуса, и защитные покрытия не требуются. Однако в других случаях платы покрывают чем-то для защиты от погодных условий, а также в целях исключения закоротки полосков, например, от случайно упавшей шайбы.

Паяльная маска

3 Пример платы с маской @leka_engineer

На моих платах я часто не делаю маску, просто чтобы получить платы побыстрее, так как технологическая операция нанесения и сушки маски занимает 2 дня. Чаще всего если и делаю маску — то не полностью, а только на площадках, чтобы припой не растекался. Также мне удобнее сделать и надписи тоже маской, а не маркировкой (которая по умолчанию белая). Почему? Если кратко — потому что неизвестно, как маска повлияет на волновое сопротивление линии.

Итак, ниже основные параметры маски от производителей. Комментарии технолога из Резонит:

1. Маска кладется до финишного покрытия, после можно только по согласованию, и нельзя на золото. Это необходимо указать в комментариях к заказу.

2. Диэлектрическая проницаемость маски 3,5

3. Маска бывает пленочная и жидкая. По умолчанию — жидкая, плёночная обычно применяется для тентирования. Необходимо указать в комментариях к заказу пожелание по типу маски (плёночная дороже).

4. Толщина маски не регламентируется (минимум 0,05 мкм), только у специальной пленочной маски Dynamask D5030 для маски на всю поверхность (75 мкм) и 5016 для тентирования (40 мкм) известна толщина.

5. Жидкая маска бывает матовая и глянцевая (зеленая и черная). Остальные только глянцевые. Плёночные тоже глянцевые.

6. Стандартная — зеленая жидкая маска, все остальные типы маски увеличат срок изготовления.

Если посмотреть на печатные платы, то можно заметить, что НЧ платы обычно привычно покрыты маской, на смешанных платах от маски открыты все СВЧ элементы — обычно это антенны и подводящие полоски, иногда делители; СВЧ платы обычно открыты от маски.

4 Разные типы плат

Лак

В СССР было принято покрывать платы лаком для защиты. Сейчас эта технология устарела, однако, всё равно иногда применяется. С лаком все те же проблемы, что и с маской — неизвестна толщина и диэлектрическая проницаемость. кроме того, он летучий и токсичный. Понятно, что разработчик всегда взвешивает "за" и "против", необходимо учитывать рабочую частоту (очевидно, что на низких частотах, влияние будет меньше), а также тип линии передачи (копланар менее чувствителен как к материалу подложки, так и к тому, что "сверху").

Парилен

Экзотическое покрытие, довольно дорогое и редкое. Покрывается уже смонтированная плата с компонентами и разъемами. Суть заключается в том, что на плату осаждается тонкий слой фторопласта. Но фторопласт настолько "всепроникающий", что необходимо тщательно защитить все места, где необходим будет контакт, и это можно сделать только ручным трудом.

Уточнение от Резонит: толщина покрытия серебром на нашем производстве 0,1-0,4 мкм

Оригинал статьи читайте на Хабре.

Мы всегда рады сотрудничеству с новыми авторами. Если у вас есть уникальная экспертиза или просто качественный материал, полезный инженерам-разработчикам электроники, мы с удовольствием поделимся им на страницах раздела Авторские статьи. Присылайте свои статьи на почту articles@rezonit.ru