【摘 要】
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由于通信技术以及物联网等技术的飞速发展,电子产品不断向着小型化、高集成化转变,高速信号的稳定性传输需求对印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)的制造技术、互连技术等提出了更高的挑战。印制电路板作为电子产品中电气连接的载体,其焊点的可靠性对于信号在PCB与器件间的传输十分关键。本文基于PCB图形表面处理技术,从PCB与器件间互连焊点的角度入手,研究了表面处理技术及焊接对信号
【基金项目】
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国家自然科学基金委项目(Nos.51801018和61974020); 珠海市创新团队项目(No.ZH0405190005PWC); 广东省重点领域研发计划项目(No.2019B090910003); 珠海市科技项目(No.ZH01084702180040HJL);
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由于通信技术以及物联网等技术的飞速发展,电子产品不断向着小型化、高集成化转变,高速信号的稳定性传输需求对印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)的制造技术、互连技术等提出了更高的挑战。印制电路板作为电子产品中电气连接的载体,其焊点的可靠性对于信号在PCB与器件间的传输十分关键。本文基于PCB图形表面处理技术,从PCB与器件间互连焊点的角度入手,研究了表面处理技术及焊接对信号完整性的影响。拟较为系统的研究不同图形表面处理后的焊点对信号的影响情况,为信号高速传输下的信号完整性研究提供一些新的思路。由于现有M6G级别的材料对信号传输的灵敏度较高,本文使用M6G级别的高速材料以及RTF(Reversed Treated Foil)铜箔设计并制作了实验用PCB信号测试板,设计传输线为表层微带线单线。对比了不同表面处理的传输线表面粗糙度及信号传输插入损耗的大小,研究表明本实验中用到的不经过表面处理的裸铜及OSP、化学镀银、化学镀镍金三种表面处理的表面中,化学镀镍金处理后的粗糙度最小,但化学镀银表面处理后信号传输插入损耗最小,为-46.29 d B/m。在传输线表层模拟焊接,进行焊锡处理,探究焊料与不同表面处理过的传输线界面间金属化合物的生长形貌,以及经过焊锡后信号在0-20 GHz的频率范围内传输的插入损耗对比。研究表明化学镀镍金层与焊料界面间生长出的金属间化合物(Intermetallic compound,IMC)中Ni3Sn4IMC层形貌为针状与其他三种表面焊锡后生长出的IMC形貌不同,裸铜、OSP、化学镀银层与焊料之间形成的Cu6Sn5IMC,其形貌为小山丘状。在4种不同表面处理后的传输线上焊锡,得到的插入损耗对比结果,插入损耗由大到小排列为:化学镀镍金、OSP、裸铜、化学镀银。老化处理常常被用来模拟不同环境下PCB的可靠性。本实验在经过表面处理并焊锡的传输线基础上,探究冷热循环、恒温恒湿、回流焊三种不同老化处理后IMC的生长情况,以及对插入损耗的影响。研究表明IMC的厚度随冷热循环和回流焊次数增加而增长。表面形貌方面,Ni3Sn4IMC会由针状逐渐生长为层状,而Cu6Sn5IMC的厚度增长会渐渐变慢,Cu3Sn IMC的厚度会增加。恒温恒湿处理由于其温度较低,对IMC生长的影响较小。随着冷热循环和回流焊次数的增加,由于IMC不断生长,信号传输插入损耗会增大,并且回流焊温度较高,对插入损耗增大速度影响最大。恒温恒湿时间对插入损耗变化的影响较小。
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