Золочение, серебрение и.т.д. Опции

[Vldmr]

Здравствуйте!
Озадачили меня вопросом, который заставил меня растеряться.
Зачем золотят-серебрят СВЧ волноводы?
Понятно, что на СВЧ токи текут по поверхности из-за скин-эффекта. Золото не окисляется с его поверхность всегда проводит хорошо.
Но у серебра и меди проводимость больше. Почему серебро или медь просто не покрывают защитной диэлектрической плёнкой от окисления?
Почему так не делают? Почему так не делают в интергальных волноводах?

[Dr.Drew]

Почему серебро или медь просто не покрывают защитной диэлектрической плёнкой от окисления?

А сохраняемость до 10-20 лет какая плёнка обеспечит?

[Vldmr]

А сохраняемость до 10-20 лет какая плёнка обеспечит?

SiO2 напыленная, например.

[ledum]

Сильно подозреваю, что гальваническое золото дешевле напыленного кварца. В мишках вкладывал интелсатовские станции - силумин. Никаких пленок и серебра. Защита от среды - хорошие эмали и пленка на входе волновода. Некоторым почти 20 лет и есть.

Сообщение отредактировал ledum - Sep 27 2011, 16:37

[ser_aleksey_p]

SiO2 напыленная, например.

А тангенс угла потерь?

Серебро-золото: гальваническое серебро рыхлое, химическое еще рыхлее. В результате проводимость покрытия на СВЧ в 3 раза хуже металлического серебра. Золотое покрытие более плотное, в результате его проводимость выше серебряного, хотя в металлическом виде - наоборот.

[Vldmr]

А тангенс угла потерь?

Серебро-золото: гальваническое серебро рыхлое, химическое еще рыхлее. В результате проводимость покрытия на СВЧ в 3 раза хуже металлического серебра. Золотое покрытие более плотное, в результате его проводимость выше серебряного, хотя в металлическом виде - наоборот.

Спасибо! А при напылении? Медном, например?

А тангенс угла потерь?

На интересующих нас частотах потери в проводнике намного больше, чем в SiO2. Практически пренебрежимо малы.

[ser_aleksey_p]

Понятно, что на СВЧ токи текут по поверхности из-за скин-эффекта.

Хоть какая медь, она окисляется. Пленка окисла заставляет токи протекать все дальше от поверхности (внутрь металла или покрытия), где больше сопротивление. Растут потери. Поэтому и покрывают металлами, которые не окисляются.

Недавно лоханулись. Надо было перемычку поставить, около 3 мм. Рядом корпус. Ну давай трубку какую-нибудь, чтоб не замкнуло. Что было под руками, то и поставили. Оболочка от провода типа МПО, длиной миллиметра 2. Частота около 4 Гиг, мощность ватт 15. Включили - от оболочки дым пошел. Вот они: тангенс и скин.

[Vldmr]

Огромное спасибо! Очень помогли все )
У меня ещё просьба поделиться ссылками на справочник по материалам интегральной электроники.
Какое сопроивление у напылённого золота, какое у электрохимически осаждённого, какое у обчыного.
Какое сопротивление у меди осаждённой, напылённой, обычной и.т.д.

[ledum]

Ну, во-первых, напыленное золото никогда не видел. Возможная, но не очень осмысленная технология.
Во-вторых, не думаю, что такой справочник реально мог помочь бы. Слишком много степеней свободы. У нас только золотых гальванических технологий было штук пять. Из них основные - толстое цитратное золото более 2мкм по меди и тонкое золото из фосфатного электролита около 1мкм с подслоем хрома на меди для предотвращения диффузии последней сквозь золото - очень достающее явление с последующим резким почернением плат, поэтому в первом случае, цитратном, и приходилось использовать толстое золото. А есть еще иммерсионные технологии. Рыхлое гальваническое серебро, как уже говорил, уплотняют крацеванием - проходят щеточками из тонких медных проводков, например, на больших оборотах - вот проводимость и повышается.

Сообщение отредактировал ledum - Sep 28 2011, 07:43

[Vldmr]

Ну, во-первых, напыленное золото никогда не видел. Возможная, но не очень осмысленная технология.

Мы пылим золото )
Для мелкосирийных изделий. Тонкий слой пылить удобно, а вот толстый - уже дорого.

[ledum]

Мы пылим золото )
Для мелкосирийных изделий. Тонкий слой пылить удобно, а вот толстый - уже дорого.

Дык тонкий это сколько? И на что? Про диффузию не забывайте, если не на хром или ванадий. Все-таки не понимаю преимущества перед гальваникой - она всегда положит рыжее на то, что надо, напыление - на все стенки. Разве что только отпадают проблемы с пробирным анализом - у нас проверяли все 16 ванн золочения каждые две недели, и не дай бог в плюс или в минус 5гр от 200грамм в ванне - тюрьма.
А, еще вспомнил. У нас все волноводы были олово-висмут. Правда там мощности и расстояния были небольшие. Серебро только на фильтрах и экранах резонаторов, золото - на тонкопленочных полосках.

Сообщение отредактировал ledum - Sep 28 2011, 10:33

[serega_sh____]

Ну, во-первых, напыленное золото н...
...тонкое золото из фосфатного электролита около 1мкм с подслоем хрома на меди для предотвращения диффузии последней сквозь золото...

У нас сегодня на работе возник спор.
Рассматриваем несимметричный микрополосковый проводник.
Мы используем материал RO4350 на медные проводники которого нанесено золотое покрытие.
Оказывает ли негативное влияние хром?
- Я считаю, что основной ток течет по скин слою м/у проводником и зеляным слоем, не затрагивая хром. Т.е. он течет по нижнему слою меди.
- Мой коллега говорит, что ток течет по всей поверхности микрополоска, захватывая и теряясь в слое хрома.

Кто прав?

В поликоровой плате хром конечно оказывает влияние, но у нас спор про Роджерс (текстолит, и т.п.).

Это спор у нас возник когда сравнивая результаты измерения и моделирования мы получили вместо 0,0037 тангенс угла потерь равный 0,00914. Мы добивались идентичности характеристик в диапазоне от 500МГц до 8ГГц. Измерения проводились на тестовом 50Омном микрополоске длинной 100мм.

[ledum]

Толщина хрома там 0.1-0.5 микрона, если не меньше, уже не помню - он наносился с контролем по пластинке-свидетелю и мерялся по Омам на квадрат, реально ни на что не влиял - параллельный проводнику резистор. У нас сейчас ситуация хуже - сделали нам плату на том же Роджерсе. Толщина 0.101мм (меня даже не спросили, когда заказывали), 17мкм медь-золото, 50 Ом копланар с землей, ширина дорожки 0.21мм зазор 0.2мм. 340 мм имеет потери 4дБ на 1ГГц и 7дБ на 2ГГц (это для 4 делителей мощности - разветвитель на 16, 1 плечо каждого из делителей заменили на перемычку - получили полосок такой длины). На 3дБ выше потери на 1ГГц и никак не должен был получиться такой перекос. Ни одна из считалок (Txline, Polar Si9000, Saturn PCB) не дают такого. Единственное подозрение - маска наполовину перекрывает зазор, но вроде не должна так влиять.
Зы. На частотах выше 4ГГц уже надо шероховатость поверхности смотреть.
Был еще прикол, когда хром положили через длительное время после меди - образовался тончайший окисел на меди, но уже заметно повышение потерь было. Нашли случайно - регулировщик процарапал постоянными перепайками золото до меди и потери вдруг упали.

Сообщение отредактировал ledum - Oct 3 2011, 13:14

[khach]

Про полоски не скажу, но вот с объемными резонаторами была проблема- подслой хрома вызывал появление второй гармоники в спектре. Долго грешили на пролаз, пока не вычистили вторую гармонику по входу и убедились, что она генерится в резонаторе. Притом явление нелинейное- зависит от мощности в резонаторе. Физика эффекта понята так и небыла- что то про ферромагнетизм, эффект холла итд...

[ledum]

Наверное все-таки не подслой хрома, а слой окисла или сульфида под ним. Именно так и проявился - слегка бОльшие потери на малых уровнях и возникновение гармошек при повышении уровня сигнала с падением потерь при этом - типа микропробои тонкого слоя окисла. Чудеса, но иначе никак не смогли объяснить. Смыли золото раствором иода в иодистом калии, стравили хром 37% солянкой - по чистой меди, возможно с окислом или сульфидом эффект ушел - это так проверяли идею регулировщика о слое диэлектрика на меди, с большой долей вероятности правильную. После жесткого контроля нанесения хрома сразу после меди - больше никогда не проявился.

Сообщение отредактировал ledum - Oct 3 2011, 15:24

[serega_sh____]

Про полоски не скажу, но вот с объемными резонаторами была проблема- подслой хрома вызывал появление второй гармоники в спектре. Долго грешили на пролаз, пока не вычистили вторую гармонику по входу и убедились, что она генерится в резонаторе. Притом явление нелинейное- зависит от мощности в резонаторе. Физика эффекта понята так и небыла- что то про ферромагнетизм, эффект холла итд...

Правильно ли я понял:
1. Ток в "толстом" медном микрополоске течет и по верхнему слою с покрытием (из Вашего личного опыта).
2. Согласно Вашему опыту. При покрытии микрополоска (и прочей разновидности СВЧ узлов) слоем меди по типовой технологии, мы потенциально понижаем электрические характеристики этого микрополоска, т.е. голая медь будет даже лучше, чем позолоченная.

р.s. Я тут на эту тему книжку почитал:
"Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств" под ред. В.И. Вольмана м.1982г., на стр 169 последний абзац и к нему картинка рис.4.11.а
Вот только выводы не получается сделать... Я весь в расстерянности.

[khach]

Правильно ли я понял:
1. Ток в "толстом" медном микрополоске течет и по верхнему слою с покрытием (из Вашего личного опыта).

Неправильно поняли. Я говорил о коаксиальном резонаторе (его внутреенем покрытии), где подслой ферромагнитного металла (никеля) был между слоем меди, нанесенной на бронзовое тело резонатора и слоем золота, которое было верхним слоем. Хотя при расчетах и закладывали, что золото должно было быть толще скин-слоя, но что то в технологии не срослось, слой золота пришлось уменьшить и скин-слой продолжился в медь, пересекая тонкий слой никеля.

2. Согласно Вашему опыту. При покрытии микрополоска (и прочей разновидности СВЧ узлов) слоем меди по типовой технологии, мы потенциально понижаем электрические характеристики этого микрополоска, т.е. голая медь будет даже лучше, чем позолоченная.

Да, голая катанная медь лучше, но в очень специфических условиях- если устройство всю свою жизнь находится в глубоком вакууме или в атмосфере инертного газа. И не попадает на воздух никогда- ни при производстве, ни при хранении, ни при эксплуатации. Т.е слоя окисла нет вообще. Как этого нереального случая достичь- это второй вопрос.

р.s. Я тут на эту тему книжку почитал:
"Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств" под ред. В.И. Вольмана м.1982г., на стр 169 последний абзац и к нему картинка рис.4.11.а
Вот только выводы не получается сделать... Я весь в расстерянности.

Картинку в студию. Книги нет под рукой.

[ledum]

Картинку в студию. Книги нет под рукой.

Редактировано
Главу из книжки удалил по причине потери актуальности

Сообщение отредактировал ledum - Oct 12 2011, 06:35

[khach]

Я непонял вопроса. Судя по всему речь шла про этот рисунок- результат матмоделирования потерь в полоске произвольной формы (со скруглениями) выполненный кем-то в моделяторе до 1988 года? При этом неизвестны ни параметры сетки меша , ни вообще ничего. И весь вывод строится на геометрии, а не на свойствах металла покрытий. Ну что тут можно сказать- если интересно, то берем SCT studio и вперед, повторять результаты. Оптимально- сделать поперечный шлиф реального полоска, оцифровать и вогнать в студию в качестве геометрии.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[serega_sh____]

Я непонял вопроса. Судя по всему речь шла про этот рисунок- результат матмоделирования потерь в полоске произвольной формы (со скруглениями) выполненный кем-то в моделяторе до 1988 года? При этом неизвестны ни параметры сетки меша , ни вообще ничего. И весь вывод строится на геометрии, а не на свойствах металла покрытий. Ну что тут можно сказать- если интересно, то берем SCT studio и вперед, повторять результаты. Оптимально- сделать поперечный шлиф реального полоска, оцифровать и вогнать в студию в качестве геометрии.

Немного вводного
Сразу скажу, чтоб не обижались, что я не считаю себя самым лучшим специалистом. И учился я немного в другой области. Поэтому я могу заблуждаться и ошибаться.

Теперь про мой личный опыт
У меня сложилось стойкое впечатление, что те спецы которые придумывали методы анализа (или их ученики) понимают гораздо больше в проблемме, чем наши современники. Поэтому и книжки 60...80годов гораздо понятнее, и правильнее.
Про нас сегодняшних. Мы же незнаем основ и принципов по которому все происходит. Мы просто берем калькулятор и он считает. А вот правильно ли он считает, правильно ли мы задали граничные условия, или правильный ли алгоритм выбран нами , этого сей час ни кто не знает. Мы только умеем оценивать по признаку - "моделирование совпало с измерениями". Это в лучшем случае. Я например видел успешных специалистов у которых главным признаком является - "моделирование успешно проведено"
Так же я понимаю, что наука и техника ушли немного вперед. По моему продвинулись в перед только технологии и скорости, а вот принципы построения и моделирования остались прежними.
Это по живому.

По сути на Ваше высказывание
Я пока еще не умею проводить 3-х мерное или 2,5 мерное электромагнитное моделирование. Основная проблемма, я не могу правильно формулировать граничных условий. Особенно в таких скользких местах как многослойная проводяще-резистивная структура.
Лично для меня моделирование проведенное в 60году не является ошибочным, при условии удовлетворения моих требований по точности. Требований по точности я не выдвигал. Мне достаточно показать кружочками где течет СВЧ ток в сечении проводника. На сколько кружочков в на верхнем слое больше кружочков на нижнем слое. И все... Я счастлив.

Про первопричину
У нас есть вот такая штука. Измерили мы её в диапазоне от 500М до 8Г

При попытке моделирования в AWR мы обнаружили большой тангенс угла потерь в микрополосковой плате.
У нас сразу появились вопросы с позолотой меди.
Помоему основной ток течет по нижнему скин слою меди через диэлектрик на землю:
1. Там больше эпсилон по отношению к окружающему воздуху
2. Там меньше расстояние и там образуется основной тип волны в микрополоске
3. Почему то Ваш личный опыт говорит, что позолота меди оказывает влияние. Но почему? Если оказывает влияние тогда нужно будет опровергнуть две моих первых гипотезы.

В литературе я пока ответа не нашел.

проект прикрепил в AWR2007

Прикрепленные файлы

 AWR_TEST.7z ( 65.74 килобайт ) Кол-во скачиваний: 18

 

[ser_aleksey_p]

Помоему основной ток течет по нижнему скин слою меди через диэлектрик на землю:

А если нагрузку отключить, ток тоже будет течь через диэлектрик на землю?

Если есть возможность:
откалибруйте векторный анализатор цепей
измерьте S1P - параметры левой и правой половинок Вашей испытательной платы без центральной перемычки
приведите геометрию полоска, полигонов, платы и эпсилон
поместите здесь или в личке

[khach]

При попытке моделирования в AWR мы обнаружили большой тангенс угла потерь в микрополосковой плате.

"Это в мемориз" (с). Да, такого утверждения я еще никогда не встречал. Ладно бы, если бы непонятные потери вылезли на макете, но на модели.....
По поводу моих претензий к примеру из книги- там не учитывается микроструктура металла, нарощенного на полоске и случайный характер подтравов по длине полоска. Из за этого любая модель становится недостаточно адекватной реалу. Но моделировать сечение микрополоска все таки иногда надо- в частности, эта проблема появлялась при фрезеровании прототипов станками типа LPKF- надо было вибирать угол фрез и глубину снятия диэлектрика. Или при лазерной резке платы- тоже диэлектрик испарялся а дорожка получалась с гратом (микроскопическими каплями металла на кромке).
Самое интересное, что на линиях передач в обычных условиях эти эффекты вообще не видны. Их можно обнаружить по изменению добротности полоскового резонатора. Или по нагреву полоска при +50дБм мощностях с помощью теромовизора.

[ser_aleksey_p]

Ладно бы, если бы непонятные потери вылезли на макете, но на модели.....

Да нет, все правильно - это попытка подстроить модель с учетом реальных измерений (и не лишенная здравого смысла).

Вопрос:
Эпсилон является величиной частотно-зависимой, а тангенс угла потерь?

[serega_sh____]

А если нагрузку отключить, ток тоже будет течь через диэлектрик на землю?

Вспомнилось. У нас был препод в универе который нас учил, что: переменный ток рисуется волной. А когда этот ток волной входит в катушку индуктивности, то эта волна в ней запутывается. Поэтому переменный ток плохо течет в катушке. А постоянный ток рисуется прямой линией, при входе в катушку проходит её без проблемм. И далее так же с конденсатором - переменный ток волной огибает конденсатор, а вот постоянный упирается у него.

Если есть возможность:
откалибруйте векторный анализатор цепей
измерьте S1P - параметры левой и правой половинок Вашей испытательной платы без центральной перемычки
приведите геометрию полоска, полигонов, платы и эпсилон
поместите здесь или в личке

Анализатор цепей откалиброван при помощи калибровочного набора "85052B Standard Mechanical Calibration Kit, DC to 26.5 GHz, 3.5 mm".
Данные измерения см. в проекте AWR. В разделе данных.

Так же прилепил описание применяемых разьемов.
Прилепил проект ПП созданный в Altium. Там кстати в слоях есть и чертеж ПП.
Материал платы RO4003 (3.38+-0.05; 0.0027)

А вот Вашу мысль с измерением непонял:
1. Векторный анализатор цепей имеет максимальную точность вблизи 50Ом. Если исследуемое сопротивление находится на уровне предельных значений (как в случае ХХ, КЗ), то там и погрешности очень возростают.
2. У нас платы симметричны. И при моделировании мы используем свойства симметрии микрополосков.
3. Какое преимущество даст однопортовая схема?

Вопрос:
Эпсилон является величиной частотно-зависимой, а тангенс угла потерь?

Частотозависимые, но в моём моделировании AWR они не изменяются.

Прикрепленные файлы

 molex_732511150_sd.pdf ( 72.71 килобайт ) Кол-во скачиваний: 31
 PP_test_cal.zip ( 372.57 килобайт ) Кол-во скачиваний: 11

 

[HFSS]

Вопрос:
Эпсилон является величиной частотно-зависимой, а тангенс угла потерь?

Конечно зависит! Всегда для материала указывается какое значение тангенса на такойто частоте или в виде графиков.

[ser_aleksey_p]

Данные измерения см. в проекте AWR. В разделе данных.

Материал платы RO4003 (3.38+-0.05; 0.0027)

А вот Вашу мысль с измерением не понял:
1. Векторный анализатор цепей имеет максимальную точность вблизи 50Ом. Если исследуемое сопротивление находится на уровне предельных значений (как в случае ХХ, КЗ), то там и погрешности очень возростают.
2. У нас платы симметричны. И при моделировании мы используем свойства симметрии микрополосков.
3. Какое преимущество даст однопортовая схема?

Не открыть мне в ADS Ваш проект.

Мысль с измерениями такая же, как и у Вас:
Измеряются в 50-омном тракте, откалиброванном в том числе на ХХ, фаза и модуль КО линии с ХХ.
Затем в модели по фазе подстраиваете длину линии, а по модулю - тангенс. Попробуйте. При этом модель перемычки не нужна.

Думаю, Вам повезло. Cree получает 0,015.
Скорее всего, Rogers несколько иначе измеряет тангенс.

[serega_sh____]

Не открыть мне в ADS Ваш проект.

Ок. исправляюсь. Прикрепил данные измерения.

Мысль с измерениями такая же, как и у Вас:
Измеряются в 50-омном тракте, откалиброванном в том числе на ХХ, фаза и модуль КО линии с ХХ. Затем в модели по фазе подстраиваете длину линии, а по модулю - тангенс. Попробуйте. При этом модель перемычки не нужна.

У нас похоже методологические разногласия при измерении. Поэтому я опять повторюсь. Помоему мы друг друга недопонимаем.
Вот моя мысль - "измерение S11 при предельных значениях исследуемых образцов даст большую погрешность" Предельные значения, в моём понимании, это разомкнутый шлейф, который Вы предлагаете измерять. т.е. измерение разомкнутого щлейфа даст большую погрешность, которая в дальнейшем скажется на результатах моделирования.
Может я неправ?
(Вот только чего то несколько дней сижу в интернете и немогу найти докумен говорящий это. Ищу чтото типа такого - VNA uncertainties of measurements).

В отличии от Вашей методики я измеряю параметры S11, S21 и симметричных им S12, S22 в близи 50Ом.

С остальным полностью согласен.

Думаю, Вам повезло. Cree получает 0,015.
Скорее всего, Rogers несколько иначе измеряет тангенс.

Вот screen моего проекта.


Могли бы Вы мельком провести EM-моделирование с целью определения возможности влияния позолоты на электрические характеристики микрополоска?
Буду премного благодарен.

Как Вы считаете, основные причины плохого тангенса в моем случае связаны с чем?

Прикрепленные файлы

 Data_meas.zip ( 22.78 килобайт ) Кол-во скачиваний: 32

 

[ser_aleksey_p]

Как Вы считаете, основные причины плохого тангенса в моем случае связаны с чем?

Ну погрешности измерения - это отдельная тема. Измерять коэффициент передачи полосового фильтра 0,01 дБ с погрешностью прибора 0,1 дБ (R&S) - это точно? А 50 дБ с погрешностью 1 дБ?

Ваш и мой случай равнозначны. Вы измеряете коэффициент передачи около 0 дБ - выходная и входная мощности почти равны. А я измеряю КО около 0 дБ - выходная и отраженная мощности почти равны. Во всех 4-х случаях - измерение максимального сигнала (для пассивного устройства), минимальные шумы, помехи.

Но в моем варианте не нужна перемычка (точнее перемычки), которая в Вашем варианте дает подъем S11 на ВЧ и, соответственно, вносит доп. погрешность измерения и моделирования для определения tg. Но перемычку из Вашей модели исключать нельзя. Хотя, надо отдать должное, совпадение у Вас хорошее.
За исключением tg. Он у Вас замаскирован.
Проверьте проводимость металла подложки (в модели). Возможно, Вы компенсируете потери в металле тангенсом.



В проекте сделал упрощения - все линии как одна, без перемычки (надо искать модель). А влияние ее - подъем S11 на ВЧ.

А вот как промоделировать позолоту - это вопрос. Без суперкомпа не обойтись. Но надо подумать.

[serega_sh____]

Ваш и мой случай равнозначны. Вы измеряете коэффициент передачи около 0 дБ - выходная и входная мощности почти равны. А я измеряю КО около 0 дБ - выходная и отраженная мощности почти равны. Во всех 4-х случаях - измерение максимального сигнала (для пассивного устройства), минимальные шумы, помехи....

Я понял Вашу идею. Можно и по Вашему. Спасибо.

За исключением tg. Он у Вас замаскирован.
Проверьте проводимость металла подложки (в модели). Возможно, Вы компенсируете потери в металле тангенсом.
В проекте сделал упрощения - все линии как одна, без перемычки (надо искать модель). А влияние ее - подъем S11 на ВЧ.

Промоделировал увеличенное сопротивление проводников. Чегото не очень совпадает.

1. Возростают потери на низких частотах. А на высоких наоборот
2. Не изменяется характеристика на диаграмме Смитта, все так же на высоких частотах кольца моделирования внутри, а измеренные снаружи.
3. Поигрался. связью: тангенс <->сопротивление проводников. Все равно получше когда тангенс большой, а сопротивление равное 0,7 при нормировании от золота (как рекомендовано Rogers)

А вот как промоделировать позолоту - это вопрос. Без суперкомпа не обойтись. Но надо подумать.

По Вашей картинке:
Я знаю, что у нас слабое место это - место пайки соединителей. При моделировании даже пришлось утолщать микрополосок в модели, чтоб компенсировать ёмкость монтажа.


И вот очень жаль, что неполучится промоделировать без супер компа.

[ser_aleksey_p]

И вот очень жаль, что не получится промоделировать без супер компа.

Не знаю как в AWR, но в ADS можно создать свою подложку. А расчет Momentum-ом не требует больших ресурсов. Вот только модель надо правильно собрать.

[ser_aleksey_p]

Промежуточный слой хром/ванадий - есть разница?