沉銀工藝是線路板表面處理的工藝之一，也是線路板制作過程中的最后一道工序，該工藝直接決定著成品線路板的質(zhì)量。為了提升把控沉銀工藝技術的能力，我們對亞洲主要的使用廠商進行了為期一年(到2005年7月為止)的調(diào)查，目的在于探討造成銀層缺陷的最普遍原因和如何通過優(yōu)化沉銀工藝來減少在量產(chǎn)時的各種缺陷，有關調(diào)查結果公布如下:
一、調(diào)查
本調(diào)查共有93家廠商(包括64家PWB制造廠商和29家裝配廠商)參與,根據(jù)他們的反饋,造成缺陷或報廢有6個主要的原因:賈凡尼效應、腐蝕、露銅、離子污染、微空洞、可焊性
很明顯,因為印制線路板完成裝配后不能重工,所以因微空洞而報廢所造成的成本損失最高。雖然其中有八個PWB 制造廠商因為客戶退件而注意到了該缺陷,但是此類缺陷主要還是由裝配廠商提出。
可焊性問題根本沒有被PWB制造廠商報告過,只有三家裝配廠商誤將發(fā)生在內(nèi)部有大散熱槽/面的高縱橫比(HAR) 厚板上的”縮錫”問題(是指在波峰焊后焊錫只填充到孔深度的一半)歸咎于沉銀層。經(jīng)由原始設備商(OEM)針對此問題更深入的研究驗證,此問題完全是由于線路板設計所產(chǎn)生的可焊性問題,與沉銀工藝或其他最終表面處理方式無關。
二、根本原因分析
通過對造成缺陷的根本原因分析,可經(jīng)由工藝改善和參數(shù)優(yōu)化相結合的方式將這些缺陷率降到最低。
賈凡尼效應通常出現(xiàn)在阻焊膜和銅面之間的裂縫下。在沉銀過程中,因為裂縫的縫隙非常小,限制了沉銀液對此處的銀離子供應,但是此處的銅可以被腐蝕為銅離子,然后在裂縫外的銅表面上發(fā)生沉銀反應。因為離子轉換是沉銀反應的源動力,所以裂縫下銅面受攻擊程度與沉銀厚度直接相關。
2Ag+ + 1Cu = 2 Ag + 1Cu++ (+ 是失去一個電子的金屬離子)
下面任何一個原因都會形成裂縫:側蝕/顯影過度或阻焊膜與銅面結合不好;不均勻的電鍍銅層(孔口薄銅處);阻焊膜下基材銅上有明顯的深刮痕。
腐蝕 是由于空氣中的硫或氧與金屬表面反應而產(chǎn)生的。銀與硫反應會在表面生成一層黃色的硫化銀(Ag2S)膜,若硫含量較高,硫化銀膜最終會轉變成黑色。銀被硫污染有幾個途徑,空氣(如前所述)或其他污染源,如PWB包裝紙。銀與氧的反應則是另外一種過程,通常是氧和銀層下的銅發(fā)生反應,生成深褐色的氧化亞銅。這種缺陷通常是因為沉銀速度非常快,形成低密度的沉銀層,使得銀層低部的銅容易與空氣接觸,因此銅就會和空氣中的氧產(chǎn)生反應。疏松的晶體結構的晶粒間空隙較大,因而需要更厚的沉銀層才能達到抗氧化。這意味著生產(chǎn)中要沉積更厚的銀層從而增加了生產(chǎn)成本,也增加了可焊性出現(xiàn)問題的機率,如微空洞和焊接不良。
露銅 通常與沉銀前的化學工序有關。這種缺陷在沉銀工藝后顯現(xiàn),主要是因為前制程未完全去除的殘留膜阻礙了銀層的沉積而產(chǎn)生的。最常見的是由阻焊工藝帶來的殘留膜,它是在顯影液中顯影未凈所致, 也就是所謂的“殘膜”,這層殘膜阻礙了沉銀反應。機械處理過程也是產(chǎn)生露銅的原因之一,線路板的表面結構會影響板面與溶液接觸的均勻程度,溶液循環(huán)不足或過多同樣會形成不均勻的沉銀層。
離子污染 線路板表面存在的離子物質(zhì)會干擾線路板的電性能。這些離子主要來自沉銀液本身(殘存在沉銀層或在阻焊膜下)。不同沉銀溶液離子含量不同,離子含量越高的溶液,在同樣的水洗條件下,離子污染值越高。沉銀層的孔隙度也是影響離子污染的重要因素之一,孔隙度高的銀層容易殘存溶液中的離子,使得水洗的難度增大,最終會導致離子污染值的相應升高。后水洗效果同樣會直接影響離子污染,水洗不充分或水質(zhì)不合格都會引起離子污染超標。
微空洞 通常直徑小于1mil,位于焊料和焊接面之間的金屬界面化合物之上的空洞被稱為微空洞,因為它實際上是焊接面的“平面空泡群”,所以極大的減小了焊接結合力。OSP、ENIG以及沉銀表面都會出現(xiàn)微空洞,其形成的根本原因尚未明確,但已確認了幾個影響因素。盡管沉銀層的所有微空洞都發(fā)生在厚銀(厚度超過15μm)表面,但并非所有的厚銀層都會發(fā)生微空洞。當沉銀層底部的銅表面結構非常粗糙時更容易產(chǎn)生微空洞。微空洞的發(fā)生似乎也與共沉積在銀層中的有機物的種類及成分有關。針對以上所述之現(xiàn)象,原始設備廠商(OEM)、設備生產(chǎn)服務商(EMS)、PWB制造廠商以及化學品供應商進行了數(shù)個模擬條件下焊接研究,但沒有一個能夠徹底消除微空洞。
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