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Options de ruban adhésif en feuille de cuivre étamé, souvent avec la « résistance à l'oxydation» comme raison principale: une couche d'étain recouvre la surface du cuivre, empêchant le contact du cuivre avec l'air, la résistance de contact reste stable pendant une utilisation à long terme.
Cette logique s'installe dans un scénario à température normale, à court terme et sec. Mais lorsque la température de fonctionnement augmente et que le service s'allonge, la couche d'étain elle - même participe à une lente réaction interfaciale. L'étain n'est pas un "film protecteur" inerte qui réagit en permanence avec la matrice de cuivre pour être transformé en un composé Intermétallique; Les cavités de kirkendal formées au cours de la réaction modifient finalement le comportement électrique de l'interface de contact. À ce stade, la couche d'étain apporte plus qu'une simple protection, mais aussi une couche de résistance d'interface qui s'accumule au fil du temps.
La couche d'étain n'est pas une "couche de passivation", mais un réactif consommé
L'étain et le cuivre commencent à diffuser l'un dans l'autre à température ambiante, produisant du cu₆sn₅ à l'interface et du cu₃sn₅ à haute température. Le cu₆sn₅ et le cu₃sn₅ sont des composés intermétalliques, moins conducteurs que l'étain pur et le cuivre pur et plus fragiles. Avec l'augmentation de la température et l'allongement du temps, la couche d'IMC continue à s'épaissir et la couche d'étain et la matrice de cuivre sont consommées de manière synchrone.
La conséquence électrique de ce processus n'est pas que « la couche d'étain s'oxyde», mais que « la couche d'étain s'amincit et l'interface se complique». En courant continu et à basse fréquence, la résistance de contact est constituée en série par la couche restante d'étain, la couche IMC et la matrice de cuivre non réactif. La résistivité de la couche IMC est supérieure à celle du métal pur et son épaississement élève directement la résistance série. Les cavités de kirkendal sont plus critiques: les vitesses de diffusion atomique du Cu et du SN sont différentes et les lacunes s'accumulent, fusionnent d'un côté de l'interface cu₃sn / Cu pour former des cavités à l'échelle submicronique. Les cavités réduisent la section conductrice effective, la résistance de contact augmente et, dans les cas graves, un état de « demi - coupure» est formé.
Les données du brevet donnent l'ordre de grandeur de ce procédé: la résistance de contact de l'échantillon mal structuré s'élève à plus de 10 mΩ à 175°C x 1000 heures de chauffage; Alors que les échantillons optimisés avec un revêtement complet en cu₃sn, la résistance de contact ne "monte que légèrement". Ceci illustre que la dégradation de la résistance de contact à haute température à long terme n'est pas une question de couche d'étain "pas assez épaisse", mais de contrôle de la structure IMC de l'interface.
Dégradation de l'efficacité du blindage après un stockage à haute température: une preuve directe au niveau du ruban
Le Ruban de feuille de cuivre étamé dans la cavité blindée à la terre et le chemin de retour FPC, sa fonction électrique n'est pas seulement "conductivité de la face de feuille de cuivre", mais également la stabilité d'impédance à haute fréquence de l'interface de la couche de colle et de l'interface feuille de cuivre - substrat.
Études de stockage à haute température à 110°c / 2400 heures
Après 2400 heures de stockage à 110°c, la résistance de contact et la capacité de contact augmentent significativement simultanément, ce qui entraîne une diminution de 30 DB de l'efficacité du blindage du champ magnétique en dessous de 500 MHz. La dégradation se produit au niveau de l'impédance de contact et non de la résistance de corps de la feuille de cuivre elle - même. Pour le ruban de feuille de cuivre étamé, la croissance IMC de la couche d'étain et de la matrice de cuivre et le vieillissement de l'interface de la couche de colle et du substrat contribuent à cette augmentation d'impédance.
L'échelle de temps de ces données est remarquable: 2400 heures correspondent environ à 100 jours de travail continu à 110°c. De telles grandeurs d'exposition à la chaleur ne sont pas rares dans l'électronique embarquée, les unités RF de stations de base et les équipements industriels. L'inspection des matériaux entrants à température normale et les tests CEM à court terme ne peuvent pas exposer ce mode de défaillance, car il se produit dans une évolution lente après la « qualification».
Dimension haute fréquence: l'épaisseur de la couche d'étain se transforme en une épée à double tranchant sous l'effet de la chimiotaxie
Dans les scénarios de basse fréquence et de courant continu, l'épaisseur de la couche d'étain affecte principalement « Combien d'étain reste impliqué dans la conductivité»; Dans les bandes supérieures au GHz, le rôle de l'épaisseur de la couche d'étain a changé.
La résistivité de l'étain est environ 6 fois supérieure à celle du cuivre. La profondeur de la cosmétique du cuivre à 10 GHz est d’environ 0,66 μm, tandis que l’épaisseur typique de la couche d’étamage est de 0,8 à 1,2 μm, ce qui est déjà proche ou supérieur à la profondeur de la cosmétique. Cela signifie que le chemin de conduction du courant haute fréquence n'est plus dominé par le cuivre, mais "intercepté" par la couche d'étain. Plus la couche d'étain est épaisse, plus le courant haute fréquence se propage dans l'étain et plus les pertes d'insertion sont importantes. Dans la bande de 28 GHz, les pertes d'insertion supplémentaires introduites par le procédé de décapage peuvent dépasser 0,2 DB / cm. Pour les rubans dont les fonctions principales sont la mise à la terre et le blindage, cette perte à haute fréquence ne détruit pas nécessairement directement le signal, mais modifie l'impédance de la boucle de mise à la terre. Dans le trajet de masse au voisinage du module millimétrique ou dans le trajet de retour du Serdes à grande vitesse, la composante résistive haute fréquence de la couche d'étain est superposée à la résistance d'interface de la couche IMC, de sorte que la "masse" n'est plus un noeud de faible impédance dans la bande haute. La croissance IMC est accélérée à des températures élevées, ce qui signifie que l'impédance de terre à haute fréquence dépend non seulement de l'épaisseur initiale de la couche d'étain, mais aussi de la température et du temps de service.
Limites techniques des voies d'inhibition: barrière ni, recuit et alliage
Maintenant que la consommation de la couche d'étain et les cavités de kirkendal sont à l'origine de la dégradation à long terme, les voies d'adaptation techniques tournent principalement autour du « ralentissement de la réaction Cu - sn».
Couche barrière ni
Une couche de nickel est insérée entre le cuivre et l'étain, bloquant ou ralentissant la diffusion du cu dans le SN. L'étain a également moins tendance à croître lorsque ni est un matériau de substrat. Mais l'épaisseur de la couche de ni présente une fenêtre: trop mince, alors que le blocage de diffusion est insuffisant, trop épais, alors qu'il est susceptible de se fissurer dans l'usinage en flexion. Dans le brevet, la couche de base en lignée de ni est formée avec une épaisseur de 0,05 à 0,3 µm et un taux de revêtement de la surface de base en ni ≥ 60% avec une couche de cu₃sn pour inhiber efficacement la détérioration de la résistance de contact à haute température et les vides de kirkendal.
Processus de recuit
Un recuit de 150°c x 1 heure après placage permet de réduire les contraintes résiduelles dans le placage, de favoriser l'homogénéisation de la couche IMC et donc d'inhiber la formation prématurée de moustaches d'étain et de cavités interfaciales. L'effet du recuit dépend de la température et de la fenêtre temporelle: l'insuffisance entraîne une libération insuffisante des contraintes, l'excès peut accélérer la croissance excessive de l'IMC et consommer à la place la couche d'étain.
Alliage (par exemple Sn - Bi, Snagcu)
Inhiber les Whiskers d'étain et la croissance IMC en modifiant la structure des grains et le comportement de diffusion de la couche d'étain. Le prix de l'alliage est la possibilité d'affecter la soudabilité et le coût du placage, et le comportement à long terme des différents systèmes d'alliage à haute température doit être vérifié individuellement. La frontière commune des trois chemins est la suivante: ils retardent la dégradation, mais ne l'éliminent pas. À une température suffisamment élevée et pendant un temps suffisamment long, la couche d'étain est finalement consommée par la réaction IMC et les cavités de kirkendal s'accumulent. La Mission de l'option est de maintenir l'impédance de contact dégradée dans une plage acceptable à la température de service et à la durée de vie cibles.
Jugement du choix à partir de "température × fréquence"
Tout d'abord, confirmer la température et le temps de service cible avant de discuter de l'épaisseur de la couche d'étain
Si la température de fonctionnement est supérieure à 105°c pendant une longue période, le taux de consommation de la couche d'étain et l'accumulation des cavités de kirkendal sont considérablement accélérés. Au lieu de fournir uniquement la valeur initiale de la température normale, le fournisseur devrait être tenu de fournir la variation de la résistance de contact après stockage de données à haute température à la température cible (par exemple 110 °C / 1000–2400 heures). 175 ° C × 1000 heures de données de résistance de contact à plus de 10 mΩ, peut servir de limite d'avertissement pour les schémas de mauvaise structure; Le schéma d'optimisation devrait maintenir une montée plus douce dans ces conditions.
Deuxièmement, Interrogez la capacité de contrôle de la structure de l'interface dans un scénario à haute température, plutôt que de simplement regarder « épaisseur étamée».
Si la couche IMC est continue ou non, si le taux de gainage de la couche inférieure par Cu ₃ SN est suffisant, si une couche barrière de ni est prévue, prédit mieux la résistance de contact à long terme que l'épaisseur nominale de la couche d'étain. Le choix du modèle doit confirmer si le fournisseur fournit une description de la structure IMC ou du processus de couche barrière, ainsi que des données de cavité d'interface après stockage à haute température.
Troisièmement, dans les applications à haute fréquence, l'épaisseur de la couche d'étain est gérée en tant que « variable de perte à haute fréquence», et non en tant que « couche antioxydante».
Au - dessus de 10 GHz, une couche d'étain de 0,8 à 1,2 μm couvre déjà la profondeur de la peau et la résistivité de l'étain entre directement dans le budget de perte d'insertion. Pour les voies millimétriques de mise à la terre ou de retour à grande vitesse, l'adaptation de l'épaisseur de la couche d'étain à la bande de fréquence cible doit être confirmée, une couche d'étain plus mince ou un schéma d'étamage simple face doit être choisi si nécessaire, et la contribution de la résistance d'interface de la couche IMC à haute fréquence doit être évaluée simultanément.
Quatrièmement, considérez « l'efficacité de blindage / l'impédance de contact après stockage à haute température» comme un terme de vérification indépendant, plutôt que de supposer que « l'étamage ne dégrade pas».
Les données indiquant une diminution de 30 DB de l'efficacité de blindage en dessous de 500 MHz après 110°c / 2400 heures montrent que la dégradation au niveau du ruban peut se produire avec l'apparence et la résistance initiale qualifiées. Pour les scénarios à longue durée de vie ou à haute température, l'impédance de contact ou l'efficacité du blindage après le stockage à haute température doit être mesurée à l'étape de l'échantillon, plutôt que d'être jugée uniquement sur la base de la réglementation de la température normale.
Advanced House (Shenzhen) technologie Co., LtdLa ligne de produits de ruban de feuille de cuivre étamé couvre la Feuille de cuivre calandrée avec le substrat de feuille de cuivre électrolytique, l'épaisseur de la couche d'étain peut être ajustée dans l'intervalle de 0,7 à 3 μm et prend en charge les options de blocage ni, de traitement de recuit et de revêtement allié pour contrôler La croissance IMC de l'interface Cu - Sn et les cavités de kirkendal.
Les produits peuvent fournir des données de changement de résistance de contact après le stockage à haute température et des instructions de contrôle de structure d'interface pour la mise à la terre embarquée, le blindage de la station de base et les scénarios de mise à la terre FPC nécessitant un service à haute température à long terme. Plus d'informations techniques surhttp://www.avanzado.cn/- Oui.