Перед введением
Меня зовут Олеся и я СВЧ разработчик. Веду блог тут (если эту статью кто-то перепечатает, то мой ник на Хабре Leka_engineer), а также во вконтакте, там я пишу более короткие заметки. Ещё показываю красивые картинки; а также веду телеграм канал с полезными ссылками. Везде ник одинаковый.
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. У меня уже есть несколько статей про СВЧ платы - как выбрать подложку ссылка, про особенности заказа СВЧ плат ссылка и про производителей ссылка. Кстати, небольшой дополнение к последней статье: в Электроконнекте сделала ещё несколько заказов. Срок изготовление в итоге получается всё-таки не ровно две недели, а 2,5-3 недели, если учитывать доставку в СПб офис. По качеству проблем не было.
Перед написанием этой статьи я пообщалась с технологами из Резонита и Электроконнекта. Спасибо им за дополнения.
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 всё-таки какая-то часть есть и на внешней поверхности, там где осаждается медь, а затем финишное покрытие.
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 Резоните 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.
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 моём 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. На сайте Электроконнекта указано: толщина подслоя никеля 3 - 5 мкм, толщина золота 0,060 - 0,100 мкм. Технолог уточнил, что толщина подслоя никеля может варьироваться от 3 до 7 мкм, но норма - 5 мкм.
скриншот из IPC-4552
В качестве небольшого сравнения: китайские производители PCBway предлагают на выбор 1, 2 или 3 U". Что это значит? U" - это microinch, то есть микродюйм. Путём несложных вычислений получаем: 0,025 0,050 или 0,075 мкм. На сайте есть калькулятор, и легко проверить, что при выборе не минимальной толщины золота, цена увеличивается довольно сильно.
Как альтернатива существует гальваническое золото, оно не требует подслоя никеля и может быть положено перед маской. Но автор не знает, где такое делают. Насколько я знаю, только некоторые заводы со своим производством для своих плат.
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 - в Электроконнекте, например, не делают серебро, только золото.
Покрытия неметаллические - 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
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 Резонита:
Маска кладётся до финишного покрытия, после можно только по согласованию, и нельзя на золото. Это необходимо указать в комментариях к заказу.
Диэлектрическая проницаемость маски 3,5
Маска бывает плёночная и жидкая. По умолчанию - жидкая, плёночная обычно применяется для тентирования. Необходимо указать в комментариях к заказу пожелание по типу маски (плёночная дороже).
Толщина маски не регламентируется (минимум 0,05 мкм), только у специальной плёночной маски Dynamask D5030 для маски на всю поверхность (75 мкм) и 5016 для тентирования (40 мкм) известна толщина.
Жидкая маска бывает матовая и глянцевая (зелёная и чёрная). Остальные только глянцевые. Плёночные тоже глянцевые.
Стандартная - зелёная жидкая маска, все остальные типы маски увеличат срок изготовления.
Электроконнект на своём сайте пишет:
PSR-4000 H85 - зеленого цвета, жидкая фоточувствительная термотверждаемая, толщиной 15-30 мкм, фирмы TAIYO INK (Япония). IMAGECURE XV-501 – цветная (красная, чёрная, синяя, белая), жидкая двухкомпонентная паяльная маска, фирмы Coates Electrografics Ltd (Англия), толщина 15-30 мкм; DUNAMASK KM – сухая, пленочная маска фирмы DUNACHEM (Германия), толщина 75 мкм, обеспечивает тентирование переходных отверстий, обладает высокой адгезией.
Комментарии технолога:
По умолчанию маска кладётся до финишного покрытия, по специальному запросу - после.
Типовая маска - зелёного цвета, остальные по доп. запросу (и за доп. плату).
Стандартная - жидкая маска, плёночную заказывают редко.
Толщина не регламентируется и может изменяться от способа нанесения, а так же топологии платы. Равномерность нанесения маски не регламентируется.
Технолог высказал предположение, что вряд ли эпсилон строго соблюдается производителем маски.
Если посмотреть на печатные платы (разные, просто из интернета), 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.
Я знаю только одного производителя СВЧ устройств, которые покрывают свои платы маской - это Hittite. Я предполагаю, что у них есть своё производство и они точно знают толщину и диэлектрическую проницаемость маски.
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 разъёмами. 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.
Спасибо за внимание! Читайте мои прошлые статьи, у меня есть ещё другие площадки, пишите в личку или ищите leka_engineer
