Технология PCB - Глубина кожи в ПХБ и ее взаимодействие с конечной обработкой поверхности

Глубина кожи в ПХБ и ее взаимодействие с конечной обработкой поверхности

Глубина скининга обычно относится к глубине проводника, в котором находится ток в радиочастотной плате. Представьте, что наблюдая за поперечным сечением круглого провода, вы можете видеть положение потока тока через поперечное сечение. Если ток обеспечивается батареей постоянного тока (DC), плотность тока равномерно распределена по поперечному сечению провода, и плотность тока одинакова в каждом месте в области провода.

Если изменить источник тока на синусоидальный обмен, то будет обнаружено, что плотность тока на внешней границе провода больше, чем в середине провода. По мере того, как частота продолжает расти, вы заметите, что в некоторых точках посередине площади поперечного сечения провода нет потока тока, и большая часть тока будет сосредоточена на внешнем краю провода (внешняя поверхность провода). Это фундаментальное понятие глубины кожи.

Следующая формула поможет нам понять, какие факторы связаны с глубиной кожи. Простое определение глубины ухода за кожей (°):

"° = (1 / (π * f * μ * π) 0,5 (формула 1)

Среди них: π является отношением окружности, является фиксированной постоянной, f - частотой, четвертая - магнитной проницаемостью, а π - электропроводностью.

Считается, что большинство людей немного запутались, когда впервые увидели эту формулу. Но на самом деле эту формулу легко понять. Значение символа "четверть" в формуле связано с магнитностью металла, а относительное значение меди составляет около 1, поэтому магнитная проницаемость меди не влияет на уравнение. Значение символа « π» в формуле связано с электропроводностью металла. Медь является одним из самых проводящих металлов (высокая электропроводность).

Из формулы 1 вы можете легко увидеть связь между глубиной скининга и различными переменными. Например, с увеличением частоты "f" (чем выше частота) глубина скининга "°" будет меньше. То же самое можно сказать и о том, что если вы используете « π» металла с более низкой электропроводностью, глубина скининга увеличивается, и это происходит, когда некоторые типы конечной поверхностной обработки PCB - проводников.

Глубина кожи и ее взаимодействие с конечной обработкой поверхности

Одним из специальных методов обработки поверхностей, часто используемых в промышленности, является химическое никелевое золото (ENIG). Влияние ENIG связано с граничным эффектом проводника. На краю проводника, где проводник контактирует с основной пластиной, естественно, будет более высокая плотность тока, а различия в электропроводности краевых металлов приведут к различиям в радиочастотных характеристиках. В соответствии с технологией обработки ENIG предполагается, что при очень низких частотах с очень толстой глубиной кожи проводимость края проводника представляет собой комбинированную электропроводность, состоящую из меди, никеля и золота. По мере увеличения частоты составная электропроводность будет определяться никелевым золотом. На очень высоких частотах проводимость связана только с позолоченным покрытием.

Чтобы вы знали электрическую проводимость различных металлов, мы приводим значения нескольких распространенных металлов (в единицах 107S / m), медь - 5,8, никель - 1,5, золото - 4,5. На самом деле, эти значения относятся только к чистым металлам. В реальных схемах эти металлы, используемые для обработки PCB, обычно являются сплавами, и их электропроводность будет немного отличаться, но это хорошие эталонные значения. Можно видеть, что проводимость никеля составляет около 1 / 4 меди, поэтому это также обоюдоострый меч для радиочастотной проблемы. Более низкая электропроводность может привести к большим потерям при вставке, а также увеличить глубину скининга, что означает, что радиочастотный ток будет течь через металл с большими потерями.

У ENIG есть еще одна проблема, которая является потенциальной проблемой, связанной с « магнетизмом». Относительная магнитная проницаемость чистого никеля ("½) очень высока, около 500, но никель, используемый в ENIG, является сплавом, который". Это компенсирует более низкую электропроводность никеля. Есть также магнитные потери, связанные с металлом. Магнитные потери никеля действительно выше, чем у меди. Это похоже на потери, связанные с диэлектриком. Диэлектрические потери связаны с коэффициентом потерь (Df), магнитные потери аналогичны и связаны с магнитными свойствами металла.

Ниже приведен практический инженерный пример, связанный с ENIG и глубиной кожи. Один из клиентов сказал нам, что, когда они проверили производительность нескольких плат одной и той же конструкции, они обнаружили значительные различия в радиочастотных потерях этих цепей. Это в основном изменения между различными схемами. Результаты далее показали, что эти схемы работают на частоте 800 МГц (0,8 ГГц), что является интересной частотой, поскольку она включает в себя глубину скининга, связанную с ENIG.

На этой частоте глубина скининга меди составляет около 2,3 микрон (около 92 микродюймов), в то время как толщина скининга ENIG немного толще. Под влиянием многих факторов толщина никелевого слоя ENIG может достигать 50 - 250 микродюймов. В нормальных условиях изменения между цепями ENIG не столь экстремальны, но нормальные изменения толщины никеля в ENIG могут варьироваться по многим причинам.

Результаты показывают, что изменение толщины никеля в пределах соответствующей толщины оказывает определенное влияние на изменение глубины кожи, поэтому комбинированная проводимость меди, никеля и золота изменяется с толщиной никеля. При частоте 800 МГц изменение толщины никеля оказывает значительное влияние на глубину скининга и связанные с этим потери при вставке. Однако, если применять на частоте 24 ГГц с глубиной кожи около 17 микродюймов, композитные металлические проводники не влияют на производительность схемы, поскольку композитные металлы ENIG состоят только из примерно 8 микродюймов золота, а остальное - никель. И, конечно же, это только один пример того, как ENIG на краю проводника влияет на потери при вставке.