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A seleção de fita de folha de cobre enchufada é geralmente baseada na razão fundamental da "resistência à oxidação": a camada de cobre cobre a superfície de cobre, impedendo que cobre entra em contato com ar e mantém resistência estável ao contato ao longo do uso.
Essa lógica é válida em cenários de temperatura ambiente, curto prazo e seca. Mas quando a temperatura de trabalho aumentar e o tempo de serviço se prolongar, a própria camada de lenha participará em uma reação lenta da interface. Tin não é um "filme de proteção" inerte, ele vai reagir contínuamente com o substrato de cobre e ser convertido em compostos intermetalicos; Os vazios de Kirkendall formados durante o processo de reação alterarão finalmente o comportamento elétrico da interface de contato. Neste ponto, a camada de lenha não só proporciona proteção, mas também acumula resistência à interface ao longo do tempo.
A camada de lata não é uma "camada de passivação", mas um reator consumido
Tinha e cobre começam a se difundir entre si à temperatura ambiente, formando Cu Sn na interface, e formando-se ainda mais Cu Sn a altas temperaturas. Cu Sn e Cu Sn são ambos compostos intermetalícos com menor condutividade do que tinta pura e cobre puro, e maior fraqueza. À medida que a temperatura aumenta e o tempo se prolonga, a camada IMC continua a espessar, e a camada de estanho e o substrato de cobre são consumidos sincronicamente.
A consequência elétrica deste processo não é que a camada de estanho se oxide, mas que a camada de estanho se torna mais fina e a interface se torna mais complexa. Em DC e baixas frequências, a resistência ao contato é composta por uma camada residual de lenha, uma camada IMC e um substrato de cobre não reagido conectado em série. A resistividade da camada IMC é maior que a de metal puro, e seu espessamento aumenta diretamente a resistência à série. Mais importante, existem vazios de Kirkendall: as taxas de difusão atômica de Cu e Sn são diferentes, e os vazios agregam e se fusionam em um lado da interface Cu ∝ Sn/Cu, formando vazios de tamanho sub micron. Hollow reduz a área condutiva transversal efetiva, aumenta a resistência ao contato, e em casos graves, forma um estado "semiquebrado".
Os dados de patente indicam a magnitude deste processo: durante aquecimento a 175 °C por 1000 horas, a resistência ao contato de amostras estruturalmente defetivas aumenta para mais de 10 m Ω; A amostra otimizada com um Cu completo; cobertura Sn apenas mostrou um ligeiro aumento na resistência ao contato. Isso indica que a degradação da resistência ao contato sob alta temperatura a longo prazo não é um problema de "espessura insuficiente" da camada de lenha, mas sim um problema de se a estrutura IMC da interface é controlada.
Degradação da eficácia do escudo após armazenamento de alta temperatura: evidência direta no nível da cinta
A função elétrica da fita de folha de cobre enchida no fundamento da cavidade de escudo e caminho de retorno da FPC não é apenas "condutividade da superfície da folha de cobre", mas também inclui a estabilidade de impedância da interface de camada adesiva e interface de substrato da folha de cobre em altas frequências.
Pesquisa sobre armazenamento de alta temperatura a 110 °C/2400 horas
Após armazenamento a 110 ° C por 2400 horas, tanto a resistência ao contato como a capacidade de contato aumentaram significativamente, resultando em uma diminuição de 30 dB na eficácia de proteção de campo magnético abaixo de 500 MHz. A degradação ocorre no nível de impedência do contato, em vez da resistência em massa da própria fólia de cobre. Para a cinta de folha de cobre em estanho, o crescimento do IMC entre a camada de estanho e o substrato de cobre, bem como o envelhecimento da interface entre a camada adesiva e o substrato, contribuirá conjuntamente para esse aumento da impedância.
A escala de tempo destes dados vale a pena notar: 2400 horas é aproximadamente equivalente ao trabalho contínuo a 110 °C por 100 dias. Esses níveis de exposição térmica não são pouco comuns na eletrônica automotiva, unidades de estação de base RF e equipamento industrial. A inspecção entrante da temperatura do quarto e os testes EMC a curto prazo não podem expor esse modo de fracasso, pois ocorre em uma evolução lenta após ser "qualificado".
Dimensão de alta frequência: espessura da camada de tinta se torna uma espada de dois bordos sob efeito cutâneo
Em cenários de baixa frequência e DC, a espessura da camada de estanho afeta principalmente quanto estanho resta para participar da condutividade; Na banda de frequências acima de GHz, o papel da espessura da camada de lenha mudou.
A resistência da lata é mais de 6 vezes maior que a de cobre. A 10 GHz, a profundidade da pele do cobre é de cerca de 0,66 μm, enquanto a espessura típica do cobre de lenha é de 0,8-1,2 μm, que está perto ou excede a profundidade da pele. Isso significa que o caminho de condução da corrente de alta frequência já não é dominado pelo cobre, mas é "interceptado" pela camada de lenha. Quanto mais espessar a camada de lenha, maior é a proporção de corrente de alta frequência propagando na lenha, e maior é a perda de inserção. Na banda de frequência de 28 GHz, a perda adicional de inserção introduzida pelo processo de deposito de lata pode alcançar mais de 0,2 dB/cm. Para cinta com fundamento e escudo como suas principais funções, essa perda de alta frequência pode não prejudicar diretamente o sinal, mas muda a impedência do circuito de fundamento. No caminho de aterragem perto do módulo de onda de milímetros ou do caminho de retorno de SerDes de alta velocidade, o componente de resistência de alta frequência da camada de lata se sobrepone com a resistência da interface da camada IMC, tornando "aterragem" já não um nódulo de baixa impedência na gama de alta frequência. O crescimento da IMC acelera-se a altas temperaturas, o que significa que a impedância de alta frequência de fundamento depende não só da espessura inicial da camada de estanho, mas também da temperatura e tempo de serviço.
Limites de engenharia para suprimir caminhos: camada de barreira Ni, anelação e ligação
Dado que o consumo de camada de estanho e vazios de Kirkendall são as causas raízes da degradação a longo prazo, a resposta de engenharia gira principalmente em torno de "ralentizar a reação Cu Sn".
Capa de barreira Ni
Insere uma camada de níquel entre cobre e lata para bloquear ou ralentizar a difusão de Cu em Sn. Quando Ni é usado como material substrato, a tendência para o crescimento do whisker de estanho também é relativamente pequena. No entanto, há uma janela na espessura da camada Ni: se é muito fina, a barreira de difusão é insuficiente, e se é muito espessura, é propenso a quebrar durante o processamento de dobramento. Na patente, a camada de substratos baseada em Ni é formada com uma espessura de 0,05-0,3 μm, e a taxa de cobertura da superfície do substrato Ni é ≥ 60% quando combinada com uma camada Cu Sn, para suprimir efetivamente a degradação da resistência ao contato de alta temperatura e vazios de Kirkendall.
Processo de anelação
Anulação a 150 ° C por uma hora após eletroplatagem pode reduzir o estresse residual no revestimento, promover a uniformidade da camada IMC, e suprimir a formação prematura de borrachas de lata e vazios de interface. O efeito da anelação depende da temperatura e da janela do tempo: pode ocorrer liberação insuficiente de estresse, enquanto liberação excessiva de estresse pode acelerar o crescimento excessivo da IMC e consumir a camada de estanho.
Ligação (como Sn Bi, SnAgCu)
Inhibir o crescimento dos murmuros de estanho e IMC mudando a estrutura de grãos e o comportamento de difusão da camada de estanho. O custo da ligação pode afetar a soldabilidade e o custo do revestimento, e o comportamento a longo prazo de diferentes sistemas de ligação a altas temperaturas precisa ser verificado separadamente. A fronteira comum dos três caminhos é que eles atrasam a degradação mas não a eliminam. Em temperaturas suficientemente altas e longos períodos de tempo, a camada de estanho será eventualmente consumida por reações IMC, e os vazios de Kirkendall eventualmente se acumularão. A tarefa de seleção é assegurar que a impedência degradada do contato permaneça dentro de um intervalo aceitável dentro da temperatura e duração de vida do serviço alvo.
Juízo de seleção baseado em "temperatura x frequência"
Primeiro, confirmar a temperatura e o tempo do serviço alvo, e depois discutir a espessura da camada de lenha
Se a temperatura de trabalho permanecer acima de 105 °C por um longo tempo, a taxa de consumo da camada de estanho e a acumulação dos vazios de Kirkendall irão acelerar significativamente. Os fornecedores devem ser obrigados a fornecer mudanças de resistência ao contato após dados de armazenamento de alta temperatura (como 110 ° C/1000-2400 horas) à temperatura alvo, em vez de apenas fornecer valores iniciais à temperatura ambiente. Os dados de resistência ao contato elevados a 10 m Ω ou acima a 175 °C por 1000 horas podem servir de limite de alerta para defeitos estruturais; O plano de otimização deve manter uma tendência mais suave para cima nessa condição.
Em segundo lugar, em cenários de alta temperatura, perguntem sobre a habilidade de controlar a estrutura da interface, em vez de apenas olhar para "espessura de cobertura de lata"
Se a camada IMC é contínua, se a taxa de cobertura de Cu ∝ Sn na camada inferior é suficiente, e se uma camada de barreira Ni é estabelecida, pode melhor prever resistência ao contato a longo prazo do que a espessura nominal da camada de lenha. Ao selecionar, deve ser confirmado se o fornecedor fornece estrutura IMC ou instruções de processo de camada de barreira, bem como dados de interface vazios após armazenamento de alta temperatura.
Em terceiro lugar, em aplicações de alta frequência, a espessura da camada de lenha deve ser gerida como uma "variável de perda de alta frequência" em vez de apenas uma "camada anti-oxidação"
Por cima de 10 GHz, uma camada de lata de 0,8-1,2 μm já cobriu a profundidade da pele, e a resistência da lata entra diretamente no orçamento de perda de inserção. Para o fundamento de ondas de milímetros ou caminhos de reflow de alta velocidade, a relação correspondente entre a espessura da camada de lenha e a banda de frequência alvo deve ser confirmada. Se necessário, deve ser selecionada uma camada de lenha mais fina ou um esquema de lenha de lenha unilateral, e a contribuição de resistência à interface da camada IMC em altas frequências deve ser avaliada ao mesmo tempo.
Quarto, usar "efetividade de escudo/impedência de contato após armazenamento de alta temperatura" como um termo independente de verificação, em vez de supor que "placa de lata não vai degradar"
Os dados que mostram uma diminuição de 30 dB na eficácia do escudo abaixo de 500 MHz após 110 °C/2400 horas indicam que a degradação da camada de cinta pode ocorrer com aparência qualificada e resistência inicial. Para cenários de longa vida ou de alta temperatura, a impedância de contato ou eficácia do escudo devem ser reexaminadas após armazenamento de alta temperatura durante o estágio da amostra, em vez de depender exclusivamente da ficha de especificação da temperatura ambiente para julgamento.
Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd.A linha de produtos de fita de folha de cobre revestida de lata abrange folha de cobre rolada e substratos eletrolíticos de folha de cobre. A espessura da camada de lata pode ser ajustada no intervalo de 0,7-3 μm, e suporta a camada de barreira Ni, tratamento de anelação e ligação de opções de revestimento para controlar o crescimento IMC e os vazios de Kirkendall na interface Cu Sn.
O produto pode fornecer dados de mudança de resistência ao contato e instruções de controle da estrutura da interface após armazenamento de alta temperatura, adequados para o fundamento do veículo, escudo da estação de base e cenários de fundamento do FPC que requerem serviço de alta temperatura a longo prazo. Para mais informação técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.