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La selección de cintas de cobre recubiertas de estaño generalmente se basa en la "resistencia a la oxidación": la capa de estaño cubre la superficie del cobre, evita el contacto del cobre con el aire y la resistencia al contacto se mantiene estable durante el uso a largo plazo.
Esta lógica se establece en escenarios a temperatura ambiente, a corto plazo y secos. Pero cuando la temperatura de trabajo aumenta y el tiempo de servicio se alarga, la propia capa de estaño participará en una lenta reacción de interfaz. El estaño no es una "película protectora" inerte, reacciona continuamente con la matriz de cobre y se convierte en un compuesto intermetálico; El vacío de kokendall formado durante la reacción eventualmente cambiará el comportamiento eléctrico de la interfaz de contacto. En este momento, la capa de estaño ya no solo trae protección, sino también una capa de resistencia de interfaz acumulada con el tiempo.
La capa de estaño no es una "capa pasiva", sino un reactivo consumido.
El estaño y el cobre comienzan a propagarse entre sí a temperatura ambiente, generando cobre SN en la interfaz y más a altas temperaturas. tanto el cobre SN como el cobre SN son compuestos intermetálicos, con menor conductividad eléctrica que el estaño puro y el cobre puro, y son más frágiles. A medida que aumenta la temperatura y el tiempo, la capa IMC continúa engrosando, y la capa de estaño y la matriz de cobre se consumen simultáneamente.
La consecuencia eléctrica de este proceso no es "la capa de estaño se oxida", sino "la capa de estaño se adelgaza y la interfaz se complica". En DC y baja frecuencia, la resistencia de contacto se compone de una capa de estaño restante, una capa IMC y una matriz de cobre no reaccionada en serie. La resistencia eléctrica de la capa IMC es mayor que la del metal puro, y su engrosamiento eleva directamente la resistencia de la serie. Lo que es más crítico es el vacío de kokendall: las tasas de difusión atómica de cobre y SN son diferentes, y las vacantes se acumulan y fusionan en un lado de la interfaz de cobre / cobre para formar un vacío de submicron. El agujero reduce la sección transversal efectiva de la conducción eléctrica, la resistencia de contacto aumenta y, en casos graves, se forma un Estado "medio roto".
Los datos de la patente dan la magnitud de este proceso: en un calentamiento de 175 ° C × 1000 horas, la resistencia de contacto de la muestra mal estructurada aumentó a más de 10 mwh; Por su parte, las muestras optimizadas con recubrimientos completos de cobre y SN solo "aumentan ligeramente" la resistencia al contacto. Esto demuestra que la degradación de la resistencia al contacto a altas temperaturas a largo plazo no es una cuestión de "espesor insuficiente" de la capa de estaño, sino de si la estructura del IMC de la interfaz está controlada.
Degradación de la eficiencia del blindaje después del almacenamiento a alta temperatura: evidencia directa a nivel de cinta
En la ruta de puesta a tierra de la cavidad blindada y retorno fpc, la función eléctrica de la cinta de cobre recubierta de estaño no es solo "conducción eléctrica de la superficie de la lámina de cobre", sino también la estabilidad de resistencia de la interfaz de la capa de pegamento y la interfaz de la lámina de cobre y el sustrato a alta frecuencia.
Estudio de almacenamiento a alta temperatura de 110 ° C / 2400 horas
Después de 2.400 horas de almacenamiento a 110 ° c, la resistencia al contacto y la capacidad de contacto aumentaron significativamente al mismo tiempo, lo que provocó una disminución de 30 DB en la eficiencia del blindaje del campo magnético por debajo de 500 mhz. la degradación se produjo a nivel de resistencia al contacto y no a granel de la propia lámina de cobre. Para la cinta de cobre recubierta de estaño, el crecimiento del IMC de la capa de estaño y la matriz de cobre, así como el envejecimiento de la interfaz entre la capa de estaño y la matriz, contribuirán conjuntamente a este aumento de la resistencia.
Cabe destacar la escala temporal de este dato: 2.400 horas equivalen aproximadamente a 100 días de trabajo continuo a 110 ° c. En la electrónica a bordo, las unidades de radiofrecuencia de la Estación base y los equipos industriales, tales órdenes de exposición térmica no son infrecuentes. Las pruebas de llegada a temperatura ambiente y las pruebas EMC a corto plazo no pueden exponer este modo de falla, ya que ocurre en una lenta evolución después de la "calificación".
Dimensión de alta frecuencia: el espesor de la capa de estaño se convierte en un arma de doble filo bajo el efecto de la piel
En escenarios de baja frecuencia y corriente continua, el espesor de la capa de estaño afecta principalmente "cuánto estaño queda para participar en la conducción eléctrica"; En la banda de frecuencia superior a ghz, el papel del espesor de la capa de estaño ha cambiado.
La resistencia eléctrica del Estaño es más de seis veces mayor que la del cobre. La profundidad de la piel del cobre a 10 GHz es de aproximadamente 0,66 micras, mientras que el espesor típico de la capa de estaño es de 0,8 - 1,2 micras, que se ha acercado o superado la profundidad de la piel. Esto significa que la ruta de conducción de la corriente de alta frecuencia ya no está dominada por el cobre, sino que es "interceptada" por la capa de Estaño. Cuanto más gruesa sea la capa de estaño, mayor será la proporción de corriente de alta frecuencia que se propaga en el estaño y mayor será la pérdida de inserción. En la banda de 28 ghz, la pérdida de inserción adicional introducida por el proceso de hundimiento de estaño puede alcanzar más de 0,2 DB / cm. Para la cinta adhesiva, que tiene como función principal la puesta a tierra y el blindaje, esta pérdida de alta frecuencia no necesariamente destruye directamente la señal, pero cambia la resistencia del Circuito de puesta a tierra. En la ruta de puesta a tierra cerca del módulo de ondas milimétricas o la ruta de retorno del serdes de alta velocidad, el componente de resistencia de alta frecuencia de la capa de estaño se superpone a la resistencia de interfaz de la capa imc, haciendo que el "suelo" ya no sea un nodo de baja resistencia en la Sección de alta frecuencia. La aceleración del crecimiento del IMC a altas temperaturas significa que la resistencia a la tierra de alta frecuencia no solo depende del espesor inicial de la capa de estaño, sino también de la temperatura y el tiempo de servicio.
Límites de ingeniería de la ruta de inhibición: barrera ni, recocido y aleación
Dado que el consumo de estaño y el agujero de kokendall son las causas profundas de la degradación a largo plazo, el camino de respuesta en ingeniería gira principalmente en torno a la "desaceleración de la respuesta de cobre - sn".
Capa de bloqueo de ni
Introduzca una capa de níquel entre cobre y estaño para bloquear o ralentizar la difusión de cobre a sn. Cuando ni se utiliza como material de fondo, la tendencia de crecimiento de la barba de estaño también es menor. Sin embargo, el espesor de la capa de ni tiene ventanas: si es demasiado delgado, el bloqueo de difusión no es suficiente, y si es demasiado grueso, es fácil agrietarse en el procesamiento de flexión. En la patente, la capa base de la serie ni se forma con un espesor de 0,05 - 0,3 micras, y la tasa de recubrimiento de la capa de cobre SN sobre la superficie base de ni es ≥ 60%, lo que puede inhibir eficazmente el deterioro de la resistencia de contacto a alta temperatura y el vacío de kokendall.
Proceso de recocido
El recocido a 150 ° C × 1 hora después de la galvanoplastia puede reducir la tensión residual en el recubrimiento y promover la homogeneización de la capa imc, frenando así la formación prematura de Barbas de estaño y huecos de interfaz. El efecto del recocido depende de la temperatura y la ventana de tiempo: si es insuficiente, la liberación de estrés es insuficiente, y si es excesivo, puede acelerar el crecimiento excesivo del imc, consumiendo la capa de Estaño.
Aleación (como SN - bi, snagcu)
El crecimiento de la barba de estaño y el IMC se inhibe cambiando la estructura cristalina y el comportamiento de difusión de la capa de Estaño. El costo de la aleación puede afectar la soldabilidad y el costo del recubrimiento, y el comportamiento a largo plazo de los diferentes sistemas de aleación a altas temperaturas debe verificarse por separado. Los límites comunes de las tres vías son: retrasan la degradación, pero no la eliminan. A una temperatura lo suficientemente alta y durante el tiempo suficiente, la capa de estaño eventualmente se consumirá por la reacción imc, y el vacío de kokendall eventualmente se acumulará. La tarea de selección es mantener la resistencia de contacto degradada dentro de un rango aceptable dentro de la temperatura de servicio objetivo y la vida útil.
Juicio de selección de tipo a partir de "temperatura × frecuencia"
Primero, primero confirme la temperatura y el tiempo de servicio del objetivo, y luego discuta el espesor de la capa de Estaño.
Si la temperatura de trabajo es superior a 105 ° C durante mucho tiempo, la tasa de consumo de la capa de estaño y la acumulación del vacío de kokendall se acelerarán significativamente. Se exigirá al proveedor que proporcione cambios en la resistencia al contacto después de los datos almacenados a alta temperatura a la temperatura objetivo (por ejemplo, 110 ° C / 1000 - 2400 horas), en lugar de proporcionar solo valores iniciales a temperatura ambiente. Los datos de 175 ° C × 1000 horas de resistencia al contacto que aumentan a más de 10 MWH se pueden utilizar como límite de advertencia para esquemas estructuralmente malos; El plan de optimización debe mantener un aumento más suave en estas condiciones.
En segundo lugar, se pregunta sobre la capacidad de control de la estructura de la interfaz en escenarios de alta temperatura, en lugar de mirar solo el "espesor del estaño".
Si la capa IMC es continua, si la tasa de recubrimiento de la capa inferior de cobre SN es suficiente y si se ha establecido una capa de bloqueo de ni puede predecir mejor la resistencia de contacto a largo plazo que el espesor nominal de la capa de Estaño. Al seleccionar el modelo, se debe confirmar si el proveedor proporciona una descripción de la estructura IMC o el proceso de la capa de bloqueo, así como datos de agujeros de interfaz almacenados a alta temperatura.
En tercer lugar, en aplicaciones de alta frecuencia, el espesor de la capa de estaño se gestiona como una "variable de pérdida de alta frecuencia", no solo como una "capa antioxidante".
Por encima de 10 ghz, la capa de estaño de 0,8 a 1,2 micras ha cubierto la profundidad de la piel, y la resistencia del Estaño entra directamente en el presupuesto de pérdida de inserción. Para las rutas de puesta a tierra de ondas milimétricas o retorno de alta velocidad, se debe confirmar la relación de coincidencia entre el espesor de la capa de estaño y la banda de frecuencia objetivo, seleccionar una capa de estaño más delgada o un esquema de estaño de un solo lado si es necesario, y evaluar al mismo tiempo la contribución de la resistencia de la interfaz de la capa IMC a alta frecuencia.
En cuarto lugar, la "eficiencia del blindaje / resistencia al contacto después del almacenamiento a alta temperatura" se utiliza como elemento de verificación independiente, en lugar de asumir que "el estaño no se degradará".
Los datos de una disminución de 30 DBS en la eficacia de blindaje por debajo de 500 MHz a 110 ° C / 2400 horas indican que la degradación a nivel de cinta puede ocurrir cuando la apariencia y la resistencia inicial estén calificadas. Para escenarios de larga vida o alta temperatura, la resistencia al contacto o la eficiencia del blindaje después del almacenamiento a alta temperatura deben completarse en la etapa de muestra, en lugar de juzgarse solo de acuerdo con las especificaciones de temperatura ambiente.
Academia avanzada (shenzhen) Technology co., Ltd.La línea de productos de cinta de cobre recubierta de estaño cubre la lámina de cobre calandrada y el sustrato de lámina de cobre electrolítico, el espesor de la capa de estaño se puede ajustar en el rango de 0,7 a 3 micras, y admite opciones de barrera de ni, tratamiento de recocido y recubrimiento de aleación para controlar el crecimiento IMC de la Interfaz CU - SN y el vacío de kokendall.
El producto puede proporcionar datos de cambio de resistencia de contacto y instrucciones de control de la estructura de la interfaz después del almacenamiento a alta temperatura, adecuados para la puesta a tierra del vehículo, el blindaje de la Estación base y los escenarios de puesta a tierra FPC que requieren un servicio a alta temperatura a largo plazo. Para más información técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.