Покрытия печатных плат СВЧ

[RA3APW Карен]

При разработке печатных плат (ПП) СВЧ стоит вопрос какое покрытие медного слоя применить.

Обычно предлагается два варианта: HASL (горячее лужение припоем) и ENIG (иммерсионное золото).
По стоимости первый вариант примерно в 4 раза дешевле второго. Однако стоит ли использовать второй вариант покрытия ENIG на СВЧ ?

Для ответа на этот вопрос были проведены сравнительные испытания двух одинаковых ПП (FR4 толщиной 0.8мм) с одинаковой топологией но разным покрытием (HASL и ENIG) на частотах до 4400 МГц.

В качестве тестового на обоих платах была взята 50-ти омная микрополосковая линия длиной 40 мм, на концах которой были подключены измерительные кабели.

Предварительно была проведена калибровка всей системы до 4400 МГц вместе с применяемыми измерительными кабелями.

В результате плата с покрытием HASL на частоте 2400 МГц показала потери 0.24 дБ, а плата ENIG - 0.6 дБ, что и следовало ожидать из-за никелевого слоя между медью и золотом.

На частотах ниже 1 ГГц разницы не обнаружено.

[RX3DR Александр]

Карен , спасибо за информацию!

[Михалыч]

с покрытием HASL на частоте 2400 МГц показала потери 0.24 дБ, а плата ENIG - 0.6 дБ

Карен, здесь скорее вопрос "износостойкости" покрытия, и условий эксплуатации изделия, в технологии HASL (Hot Air Solder Leveling) используются припои ПОС-63 и ПОС-61, при неблагоприятных условиях эксплуатации, окисление, частичное разрушение поверхностного слоя покрытия, на СВЧ даст куда большее затухание, чем слой иммерсионного золота.
А за эксперимент, спасибо! ;-)

[RA3APW Карен]

Карен , спасибо за информацию!

Александр, рад, что оказалось полезным.

Карен, здесь скорее вопрос "износостойкости" покрытия, и условий эксплуатации изделия, в технологии HASL (Hot Air Solder Leveling) используются припои ПОС-63 и ПОС-61, при неблагоприятных условиях эксплуатации, окисление, частичное разрушение поверхностного слоя покрытия, на СВЧ даст куда большее затухание, чем слой иммерсионного золота.
А за эксперимент, спасибо! ;-)

Игорь, благодарю за комментарии. Полностью с ними согласен.

Моя цель была чисто утилитарная - что использовать в качестве покрытия плат на 2400 МГц в передающем комплекте для QO-100.

Отправной точкой моих испытаний была фраза на сайте производителя ПП о том, что покрытие ENIG не рекомендуется для СВЧ изделий.

Конкретно для этих условий я себе ответил, но, конечно, понимаю ограниченность этих экспериментов - нет испытаний по климатике, вибрациям, пыли и т.п. И, конечно, нет сравнения по старению - в моих домашних условиях это не сделать... :-( То, что могут с этой стороны быть сюрпризы - согласен, может кто-то из более опытных коллег подскажет.

Есть еще вариант - иммерсионное серебрение, которое именно рекомендовано для СВЧ ПП. Одно только "НО", цена этого процесса выше INEG в 3.5 раза, и, соответственно, дороже HASL в 14 раз...

[RK1AQ]

Ещё можно порекомендовать immersion Silver (иммерсионное серебро), если нужно паять QFN, TQFN, LGA, BGA..на таких платах получается лучший результат. На СВЧ до 6,5ГГц, будет получше чем HASL, HAL. ENIG по любому нужен слой никеля, это нужно учитывать при расчётах микрополосковых фильтров.
Другой вопрос, кто чем покрывает платы, так сказать влагозащита. Я применяю PLASTIK 71 акриловый лак Solins PLASTIK 71 для печатных плат, до 3ГГц проблем нет, а вот частоты повыше, уже могут быть проблемы.

[RA3APW Карен]

Ещё можно порекомендовать immersion Silver (иммерсионное серебро), если нужно паять QFN, TQFN, LGA, BGA..на таких платах получается лучший результат. На СВЧ до 6,5ГГц, будет получше чем HASL, HAL. ENIG по любому нужен слой никеля, это нужно учитывать при расчётах микрополосковых фильтров.

Да, именно про это иммерсионное серебрение (immersion Silver (Ag)) я и упомянул.

[RW3BP]

Карен, что-то мне кажется, что влияние покрытия слишком велико. Действительно, ENIG это фактически никель. Толщина золота много меньше скин слоя. Но основное поле и, соответственно, токи текут по внутренней поверхности медной фольги. Тут потери больше зависят от диэлектрика и качества фольги. Ты уверен, что оба образца сделаны из одного материала?

[RA3APW Карен]

Карен, что-то мне кажется, что влияние покрытия слишком велико. Действительно, ENIG это фактически никель. Толщина золота много меньше скин слоя. Но основное поле и, соответственно, токи текут по внутренней поверхности медной фольги. Тут потери больше зависят от диэлектрика и качества фольги. Ты уверен, что оба образца сделаны из одного материала?

Сергей, уверен в том, что в заказе был указан один и тот же материал FR4-Standard Tg 130-140C 0.8мм и толщина медной фольги была также одинаковой (1 oz).
Два заказа размещались одновременно в один день и изготавливались параллельно по времени.

То есть с точки зрения ТЗ там все одинаково, в том числе одна топология, за исключением разницы в покрытии (HASL и ENIG).
Что уж было у китайцев в процессе изготовления на самом деле мне сказать невозможно - просто нет данных.

[khach]

Обычно для измерения потерь на ламинате делают кольцевой резонатор и измеряют его добротность обычным VNA. Для учета влияния покрытия можно после измерений сошлифовать его мелкой наждачкой и снова измерить резонатор. Частота конечно чуть сдвинется, но добротность однозначно покажет именно влияние покрытия.

[RA3APW Карен]

Обычно для измерения потерь на ламинате делают кольцевой резонатор и измеряют его добротность обычным VNA. Для учета влияния покрытия можно после измерений сошлифовать его мелкой наждачкой и снова измерить резонатор. Частота конечно чуть сдвинется, но добротность однозначно покажет именно влияние покрытия.

Александр, благодарю за метод, но основной вопрос не потери в ламинате, а потери при различных покрытиях (конкретно HASL и ENIG). Ламинат в обоих случаях один  и тот же - демократически доступный по цене - FR4.
 

[khach]

Статья откуда это взято о потерях  в ламинате. Но реагировать метод будет на что угодно. Можно делать два кольцевых резонатора, один обдирать до голой меди и сравнивать потери.  Неокисленная свежешлифованная медь будет иметь меньше потерь чем никель или матовое золото не говоря уж о HASL.
http://ijet.pl/index.php/ijet/article/download/10.1515-eletel-2016-0017/256