Imerzní stříbro jako povrchová úprava DPS

Na trhu je dnes pro plošné spoje dostupná celá řada standardních povrchových úprav jako HAL, imerzní zlato, imerzní cín, galvanické zlato nebo organický povlak. Společnost PCB Benešov, a. s., zařadila do své nabídky na základě poptávky z trhu povrchovou úpravu imerzní stříbření. Díky jejím vlastnostem se výborně hodí pro určité typy DPS, konkrétně pro vysokofrekvenční obvody.

Při vysokých frekvencích dochází k tzv. skin efektu, fyzikálnímu jevu, kdy dochází k posunu elektrického proudu k povrchu vodiče. V závislosti na povrchové úpravě a hloubce skin efektu mohou být vlastnosti obvodu výrazně zkresleny vlivem jiných vlastností kovů obsažených v povrchové úpravě, než je měď, která tvoří zpravidla vodič. Na celý vysokofrekvenční obvod mají vliv i další parametry, jako je průřez a vodivost materiálu vodiče, relativní permeabilita a měrný odpor kovů, volba základního substrátu a frekvence proudu. Příklady kovů používaných v různých povrchových úpravách a jejich měrný odpor jsou znázorněny v tabulce 1.

Při povrchové úpravě imerzním zlacením − ENIG, která se běžně aplikuje, se chemicky vyloučí 3–6μm vrstva niklu s obsahem fosforu a na tuto vrstvu Ni se dále vyloučí 0,05−0,1 μm zlata. Při povrchové úpravě imerzním stříbřením se přímo na měď vyloučí pouze cca 0,1 μm stříbra. Pokud v některém z online kalkulátorů spočítáme hloubku skin efektu pro vybraný kov (kruhový průřez vodiče), zjistíme, že například pro měď při 5 GHz je hloubka skin efektu cca 1 μm. V této tloušťce u povrchu vodiče teče většina proudové hustoty. Z toho vyplývá, že tloušťka a složení povrchové úpravy mají značný vliv na degradaci signálu. Při porovnání měrného odporu chemicky vyloučeného niklu a stříbra s mědí je vidět, že stříbro je hodnotami velmi blízko mědi a i díky minimální vyloučené tloušťce má výrazně menší účinky na degradaci signálu. Nikl má rovněž vysokou hodnotu permeability, která přispívá ke skin efektu a tím degradaci signálu prohlubuje.

V prvním kroku technologie imerzního stříbření dochází k aktivaci povrchu spočívající v odstranění oxidů z povrchu mědi. Následuje nanesení cca 0,1 μm stříbra, které lze změřit a ověřit na rentgenovém zařízení X-Ray. Principem je elektrolytické vyloučení stříbra na povrch mědi. Povrch je světle šedý bez tmavých šmouh na ploškách. Povrchová úprava stříbrem je náchylná na přítomnost síry v prostředí za vzniku sulfidu stříbrného, který způsobuje tmavnutí plošek a problémy s pájitelností. Z tohoto důvodu se aplikuje na stříbro velmi tenká vrstva ochranného organického povlaku, který zabraňuje reakci s látkami z atmosféry obsahujícími síru. Takto ošetřený povrch je odolný do 150 °C a lze pájet po dobu 6 měsíců, přičemž na pájitelnost nemá vliv. Při osazování plošného spoje se vrstvička stříbra rozpustí do pájky stejně jako např. zlato při povrchové úpravě ENIG a stává se její součástí.

Jako každá povrchová úprava má i imerzní stříbření svoje výhody a nevýhody. Zásadní výhodou je minimální ovlivňování signálu vysokofrekvenčních obvodů, zatímco nevýhodou je reakce stříbra zejména se sírou z okolního prostředí.