טיפול משטח PCB בתדר גבוה הוא תהליך הליבה כדי להבטיח את תקינותם של אותות- בתדר גבוה, אשר צריך להיות מתוכנן סביב ארבע דרישות הליבה של אובדן נמוך, טפיל נמוך, יציבות גבוהה ועמידות בפני קורוזיה. כל פגם פני השטח עלול להגביר את אובדן ההחדרה ביותר מ-0.5dB, ואף לגרום לכשל בשידור האות בתדר גבוה. להלן שלבי ייצור מפורטים ושיקולים מרכזיים לתהליכי טיפול במשטח-מיינסטרים גבוהים:
שלבי ייצור של תהליך טיפול משטח-מיינסטרים גבוה
1. טבילה כימית זהב (ENIG, מתאים לתרחישים של 5-24GHz)
התהליך המלא: כבישה וניקוי ← מיקרו תחריט ← טבילה טרום ← הפעלה ← ציפוי ניקל כימי ← טבילת זהב כימית, הכולל 6 מכלי כימיקלים וכמעט מאה אמצעי בקרה כימיים.
פרמטרי ליבה: עובי שכבת ניקל של 5-10 מיקרומטר, עובי שכבת זהב של 0.05-0.1 מיקרומטר, התנגדות של 2.4 מיקרומטר Ω· ס"מ, חספוס פני השטח Ra פחות או שווה ל-0.15 מיקרומטר.
2. ציפוי כסף כימי (מתאים לתרחישי גל 24-60GHz מילימטר)
תהליך שלם: הסרת שומנים כפולה ← מיקרו תחריט עדין ← שטיפת חומצה ← ניקוי מים טהורים ← שקיעת כסף כימית ← ציפוי ציפוי מגן כפול שכבה. יש להשלים את הטיפול המגן תוך 30 דקות לאחר שקיעת הכסף.
פרמטרי ליבה: עובי שכבת כסף של 2-5 מיקרומטר, התנגדות של 1.6 μ Ω· ס"מ, חספוס פני השטח Ra פחות או שווה ל-0.08 מיקרומטר, עובי כולל של ציפוי מגן פחות או שווה ל-0.3 מיקרומטר.
3. משחת הלחמה אורגנית של OSP (מתאים לתרחישים-בעלות נמוכה של 1-10 GHz)
תהליך שלם: הסרת שומנים → מיקרו תחריט → שטיפת חומצה → ניקוי מים טהורים → ציפוי אורגני → ניקוי וייבוש, עם זמן עיבוד של פחות מ-2 דקות או שווה ללוח בודד.
פרמטרי ליבה: עובי סרט אורגני של 0.3-0.4 מיקרומטר, התנגדות תואמת לנחושת (1.7 מיקרומטר Ω· ס"מ), חספוס פני השטח Ra פחות או שווה ל-0.1 מיקרומטר.
4. ציפוי ניקל פלדיום כימי (ENEPIG, מתאים לתרחישי אמינות גבוהה כגון תקשורת לוויינית)
תהליך שלם: הסרת שמן לפני טיפול ← מיקרו תחריט מדויק ← ציפוי ניקל כימי ← ציפוי פלדיום כימי ← טבילת זהב ← טיפול לאחר -וואקום, המופעל בסביבת חמצן נמוכה לאורך כל התהליך.
פרמטרי ליבה: שכבת ניקל 5-8 מיקרומטר, שכבת פלדיום 0.1-0.3 מיקרומטר, שכבת זהב 0.05 מיקרומטר, התנגדות 2.2 מיקרומטר · ס"מ, חספוס פני השטח Ra פחות או שווה ל-0.12 מיקרומטר.
אמצעי זהירות מפתח בלעדיים בתדר גבוה
1. שליטה קפדנית על חספוס פני השטח
יש לבחור ברדיד נחושת אלקטרוליטי חספוס נמוך (Ra=0.08-0.12 מיקרומטר) כדי לשלוט בחספוס המצע מהמקור.
תהליך המיקרו תחריט משתמש בתמיסת מיקרו תחריט עדינה (ריכוז נתרן פרסולפט של 80-100 גרם/ליטר), וכמות ההסרה של רדיד נחושת נשלטת בקפדנות על 0.3-0.5 מיקרומטר כדי למנוע תחריט מיקרו וחספוס מוגזם.
התוצר הסופי Ra חייב להיות קטן או שווה ל-0.1 מיקרומטר. מתחת לאות 10GHz, הפחתת Ra מ-0.3 מיקרומטר ל-0.1 מיקרומטר יכולה להפחית את אובדן המוליכים ב-30%.
2. אחידות ציפוי ובקרת עכבה
PCB בגודל גדול-תדירות גבוהה דורשים להוסיף רצועות מנחים ברוחב של 5 מ"מ בקצוות כדי למנוע חריגה בעובי הציפוי הנגרמת מהפרש קצב הזרימה בין הקצוות למרכז תמיסת התרופה.
הציפוי הכימי מאמץ מיכל ציפוי מסתובב (מהירות 5-10 סל"ד), והציפוי מאמץ תהליך ציפוי דופק כדי לשלוט על סטיית העובי של הציפוי בתוך ± 10% ולמנוע שינויים פתאומיים בעכבה.
סטייה מופרזת בעובי הציפוי עלולה לגרום ישירות לאובדן ההחזרה לרדת מ--20dB ל-15dB, מה שמשפיע באופן רציני על איכות שידור האות בתדר גבוה.
3. תהליך ציפוי כסף להגנה נוגדת חמצון
יש למרוח מיד ציפוי מגן כפול- לאחר שקיעת כסף: השכבה הפנימית היא סרט אורגני בעובי של 0.05-0.1 מיקרומטר הנגזרת של בנזוטריאזול, והשכבה החיצונית היא ציפוי דיאלקטרי נמוך של פרפלואורופוליתר עם ε r פחות או שווה ל-2.2.
המוצר המוגמר חייב להיות ארוז בוואקום ומאוחסן עם חומרי ייבוש, עם טמפרטורת סביבה נשלטת על 25 ± 5 מעלות ולחות של פחות מ- או שווה ל-50% כדי למנוע גל עמידות במגע שנגרם מחמצון שכבת הכסף.
לוחות מצופים כסף לא מוגנים המאוחסנים בטמפרטורת החדר למשך 3 חודשים יגדילו את התנגדות המגע מ-8m Ω ל-30m Ω, ואובדן ההחדרה ב-28GHz יגדל ב-0.6dB/100mm.
4. הדבקת ציפוי ואמינות ריתוך
תהליך -הטיפול המקדים חייב להבטיח שמשטח הלוח נקי מכתמי שמן ושכבות תחמוצת. חוזק הקילוף של הציפוי לאחר מיקרו קורוזיה חייב להיות גדול או שווה ל-0.8N/mm כדי למנוע ניתוק ציפוי לאחר הלחמה חוזרת.
יש לאמת את לוח התדר הגבוה-על ידי הלחמה חוזרת ב-260 מעלות במשך יותר מ-3 פעמים, עם זווית הרטבת ריתוך של פחות או שווה ל-30 מעלות וללא בעיות הלחמה או קילוף ציפוי וירטואלי.
אסור לגעת ישירות במשטח הלוח המעובד בידיים חשופות, שכן שאריות טביעות אצבע עלולות לגרום לכשל הידבקות מקומית של הציפוי ולהפרעה בהעברת האות.
5. בקרת סביבה מלאה בתהליך
יש לנטר את כל ריכוזי התרופות בתהליך-בזמן אמת באינטרנט. לדוגמה, בתהליך שקיעת הזהב, יש לשלוט באופן יציב על ריכוז יוני הזהב ב-0.5-0.8g/L כדי למנוע תנודות בהרכב הציפוי.
יש להתאים בנפרד את פרמטרי טיפול פני השטח של מצעים שונים בתדירות גבוהה-(PTFE, פחמימנים מרוכבים וכו', ואסור לחלוק את אותה קבוצה של פרמטרי תהליך עם לוחות FR-4 רגילים.
המוצר המוגמר עובר בדיקת אובדן דגימה של 100% כדי להבטיח שתוספת אובדן ההכנסה ב-10GHz קטנה או שווה ל-0.2dB/100mm, ועומדת בדרישות של תרחישי-תדר גבוה.