Technologie PCB - Profondeur de la chimiotaxie dans les PCB et son interaction avec le traitement de surface final

Profondeur de la chimiotaxie dans les PCB et son interaction avec le traitement de surface final

La profondeur cutanée fait généralement référence à la profondeur des conducteurs dans la carte RF où se trouve le courant. Imaginez qu'en regardant la section transversale d'un fil rond, vous pouvez voir où le courant circule dans la section transversale. Si le courant est fourni par une batterie à courant continu (DC), la densité de courant est répartie uniformément sur la section transversale du fil et la densité de courant est la même partout dans la zone du fil.

Si vous remplacez la source de courant par un courant alternatif sinusoïdal, vous constaterez que la densité de courant sur le bord extérieur du fil est supérieure à celle du milieu du fil. Comme la fréquence continue d'augmenter, vous remarquerez qu'en certains points au milieu de la Section du fil, aucun courant ne circule et la majeure partie du courant sera concentrée sur le bord extérieur du fil (la surface extérieure du fil). C'est le concept de base de la profondeur de la peau.

La formule suivante nous aidera à comprendre quels facteurs sont liés à la profondeur de la peau. Une définition simple de la profondeur cutanée (°) est:

= (1 / (supérieur * f * µ * supérieur)) 0,5 (Formule 1)

Où: Í est le rapport de périmètre, qui est une constante fixe, F est la fréquence, Í est la Perméabilité magnétique et Í est la conductivité électrique.

On estime que la plupart des gens se demandent un peu quand ils voient cette formule pour la première fois. Mais en fait, la formule est facile à comprendre. La valeur du symbole "isla¼" dans la formule est liée au magnétisme du métal, tandis que la valeur relative du cuivre est d'environ 1, de sorte que la Perméabilité magnétique du cuivre n'a aucune influence sur l'équation. La valeur du symbole « Í » dans la formule est liée à la conductivité du métal. Le cuivre est l'un des métaux ayant la meilleure conductivité électrique (haute conductivité).

De la formule 1, vous pouvez facilement voir la relation entre la profondeur de la peau et diverses variables. Par exemple: à mesure que la fréquence « f » augmente (fréquence plus élevée), la profondeur de chimiotaxie « ° » diminue. Même chose: Si vous utilisez des « Í» métalliques avec une conductivité plus faible, la peau devient plus profonde, ce qui se produit lorsque vous effectuez certains types de finitions sur les conducteurs de PCB.

La profondeur de l'épiderme et son interaction avec le traitement de surface final

Une méthode de traitement de surface spéciale couramment utilisée dans l'industrie est le nickel - or chimique (enig). L'impact de l'enig est lié à l'effet de bord des conducteurs. Sur le bord du conducteur où le conducteur est en contact avec le substrat, il y aura naturellement une densité de courant plus élevée et les différences de conductivité du métal du bord entraîneront des différences dans les performances RF. Selon la technique de traitement de l'enig, on suppose que la conductivité des bords conducteurs est une conductivité Composite composée de cuivre - Nickel - or à très basse fréquence, avec une très grande épaisseur de la couche cutanée. À mesure que la fréquence augmente, la conductivité électrique du matériau composite sera déterminée par le nickel - or. À très haute fréquence, la conductivité n'est liée qu'au placage d'or.

Pour vous donner une idée de la conductivité électrique des différents métaux, nous donnons des valeurs (en 107s / M) pour plusieurs métaux courants, 5,8 pour le cuivre, 1,5 pour le nickel et 4,5 pour l'or. En fait, ces valeurs ne s'appliquent qu'aux métaux purs. Dans les circuits réels, ces métaux utilisés pour le traitement des PCB sont généralement des alliages et leur conductivité variera légèrement, mais ce sont de bonnes valeurs de référence. Comme on peut le voir, la conductivité du nickel est d'environ 1 / 4 de celle du cuivre, donc c'est aussi une épée à double tranchant pour les problèmes de RF. Une conductivité plus faible entraînera une plus grande perte d'insertion et augmentera également la profondeur de la peau, ce qui signifie que le courant RF circule à travers le métal plus perdu.

Enig a également un problème, qui est le problème potentiel lié au « magnétisme». La Perméabilité magnétique relative (isla¼) du nickel pur est très élevée, de l'ordre de 500, mais le nickel utilisé dans enig est un alliage dont la valeur Isla est inférieure à celle du nickel pur, mais dont la valeur reste importante. Avec l'augmentation de l'isla¼, comme vous pouvez le voir à partir de la formule de profondeur de la peau, la profondeur de la peau diminue. C'est un facteur compensateur de la faible conductivité du nickel. Il y a aussi des pertes magnétiques liées aux métaux. Les pertes magnétiques du nickel sont en effet plus élevées que celles du cuivre. Il est similaire aux pertes associées aux diélectriques. Les pertes diélectriques sont liées au facteur de perte (DF) et les pertes magnétiques sont similaires au magnétisme du métal.

Voici des cas pratiques d'ingénierie liés à enig et à la profondeur de la peau. Un client nous a dit que lorsqu'ils ont testé les performances de plusieurs cartes de la même conception, ils ont constaté que les pertes RF de ces circuits étaient significativement différentes. Il s'agit essentiellement de variations entre les différents circuits. Les résultats ont en outre révélé que ces circuits fonctionnaient à 800 MHz (0,8 GHz), une fréquence intéressante en raison de la profondeur de la chimiotaxie associée à l'enig.

À cette fréquence, le cuivre a une profondeur cutanée d'environ 2,3 microns (environ 92 micropouces), tandis que pour enig, il est légèrement plus épais. Influencée par de nombreux facteurs, la couche de nickel d'enig peut être comprise entre 50 et 250 micropouces. Dans des circonstances normales, les variations inter - circuits d'enig ne sont pas aussi extrêmes, mais les variations normales d'épaisseur de nickel d'enig peuvent varier pour de nombreuses raisons différentes.

Les résultats montrent que les variations d'épaisseur du nickel dans une gamme d'épaisseurs appropriée ont une certaine influence sur les variations de profondeur de la peau, c'est pourquoi la conductivité composite du cuivre, du nickel et de l'or varie avec l'épaisseur du nickel. À la fréquence de 800 MHz, la variation de l'épaisseur du nickel a un impact significatif sur la profondeur de la peau et les pertes d'insertion associées. Cependant, si la fréquence d'application est de 24 GHz et que la profondeur de la peau est d'environ 17 micropouces, le conducteur métallique composite n'affecte pas les performances du circuit, car le métal composite d'enig n'est composé que d'environ 8 micropouces d'or, le reste étant du nickel. Enfin, bien sûr, ce n'est qu'un exemple de l'impact des pertes d'insertion par le bord conducteur enig.