杭州PCB公司-緯亞電子：本調查共有93家廠(chǎng)商(包括64家PWB制造廠(chǎng)商和29家裝配廠(chǎng)商)參與,根據他們的反饋,造成缺陷或報廢有6個(gè)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(xiàn)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高。雖然其中有八個(gè)PWB 制造廠(chǎng)商因為客戶(hù)退件而注意到了該缺陷,但是此類(lèi)缺陷主要還是由裝配廠(chǎng)商提出。
　
　　可焊性問(wèn)題根本沒(méi)有被PWB制造廠(chǎng)商報告過(guò),只有三家裝配廠(chǎng)商誤將發(fā)生在內部有大散熱槽/面的高縱橫比(HAR) 厚板上的”縮錫”問(wèn)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(wèn)題更深入的研究驗證,此問(wèn)題完全是由于線(xiàn)路板設計所產(chǎn)生的可焊性問(wèn)題,與沉銀工藝或其他終表面處理方式無(wú)關(guān)。

二、根本原因分析
　
　　通過(guò)對造成缺陷的根本原因分析,可經(jīng)由工藝改善和參數優(yōu)化相結合的方式將這些缺陷率降到低。
　
　　賈凡尼效應通常出現在阻焊膜和銅面之間的裂縫下。在沉銀過(guò)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(dòng)力,所以裂縫下銅面受攻擊程度與沉銀厚度直接相關(guān)。
2Ag+ + 1Cu = 2 Ag + 1Cu++ (+ 是失去一個(gè)電子的金屬離子)

　　下面任何一個(gè)原因都會(huì )形成裂縫:側蝕/顯影過(guò)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(huì )在表面生成一層黃色的硫化銀(Ag2S)膜,若硫含量較高,硫化銀膜終會(huì )轉變成黑色。銀被硫污染有幾個(gè)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(guò)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?？?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(huì )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(zhù)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問(wèn)題的機率,如微空洞和焊接不良。

　　露銅  通常與沉銀前的化學(xué)工序有關(guān)。這種缺陷在沉銀工藝后顯現,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。常見(jiàn)的是由阻焊工藝帶來(lái)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(guò)程也是產(chǎn)生露銅的原因之一,線(xiàn)路板的表面結構會(huì )影響板面與溶液接觸的均勻程度,溶液循環(huán)不足或過(guò)多同樣會(huì )形成不均勻的沉銀層。

　　離子污染 線(xiàn)路板表面存在的離子物質(zhì)會(huì )干擾線(xiàn)路板的電性能。這些離子主要來(lái)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,終會(huì )導致離子污染值的相應升高。后水洗效果同樣會(huì )直接影響離子污染,水洗不充分或水質(zhì)不合格都會(huì )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(chēng)為微空洞,因為它實(shí)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(huì )出現微空洞,其形成的根本原因尚未明確,但已確認了幾個(gè)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(guò)15μm)表面,但并非所有的厚銀層都會(huì )發(fā)生微空洞。當沉銀層底部的銅表面結構非常粗糙時(shí)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(lèi)及成分有關(guān)。針對以上所述之現象,原始設備廠(chǎng)商(OEM)、設備生產(chǎn)服務(wù)商(EMS)、PWB制造廠(chǎng)商以及化學(xué)品供應商進(jìn)行了數個(gè)模擬條件下焊接研究,但沒(méi)有一個(gè)能夠徹底消除微空洞。

三、預防措施
　
　　預防措施的制訂需要考量實(shí)際生產(chǎn)中化學(xué)品和設備對各種缺陷的貢獻度,才能避免或消除缺陷并提升良品率。
　
　　賈凡尼效應的預防可以追溯到前制程的鍍銅工序,對高縱橫比孔和微通孔而言,均勻的電鍍層厚度有助于消除賈凡尼效應的隱患。剝膜,蝕刻以及剝錫工序中的過(guò)度腐蝕或側蝕都會(huì )促使裂縫的形成,裂縫中會(huì )殘留微蝕溶液或其他溶液。盡管如此,阻焊膜的問(wèn)題仍是發(fā)生賈凡尼效應的主要原因,大多數發(fā)生賈凡尼效應的缺陷板都有側蝕或阻焊膜脫落現象,這種問(wèn)題主要來(lái)自于曝光顯影工序。因此如果阻焊膜顯影后都呈“正向腳”同時(shí)阻焊膜也被完全固化,那么賈凡尼效應問(wèn)題就幾乎可以被消除。要得到好的沉銀層,在沉銀的位置必須是100%金屬銅,每個(gè)槽溶液都有良好的貫孔能力,而且通孔內溶液能夠有效交換。若是非常精細的結構,如HDI 板,在前處理和沉銀槽液中安裝超聲波或噴射器非常有用。對于沉銀工藝生產(chǎn)管理而言,控制微蝕速率形成光滑、半光亮的表面也可以改善賈凡尼效應。對于原始設備商(OEM)而言,應盡量避免大銅面或高縱橫比的通孔與細線(xiàn)路相連接的設計,消除發(fā)生賈凡尼效應的隱患。對化學(xué)品供應商而言,沉銀液不能有很強的攻擊性,要保持適當pH值,沉銀速度受控并能生成預期的晶體結構,能以薄銀厚達到佳的抗蝕性能。 杭州PCB|杭州smt

　　腐蝕 可以通過(guò)提高鍍層密度,降低孔隙度來(lái)減小。使用無(wú)硫材料包裝,同時(shí)以密封來(lái)隔絕板與空氣的接觸,也防止了空氣中夾帶的硫接觸銀表面。好將包裝好的板存放在溫度30℃、相對濕度40%的環(huán)境中。雖然沉銀板的保存期很長(cháng),但是存儲時(shí)仍要遵循先進(jìn)先出原則。

　　露銅 可以通過(guò)優(yōu)化沉銀的前工序來(lái)降低或消除。為了達到這個(gè)目的,可在微蝕后通過(guò)“破水”實(shí)驗或“亮點(diǎn)”實(shí)驗來(lái)檢查銅表面,清潔的銅表面可以保持水膜至少40秒。定期維護保養設備以確保溶液循環(huán)均勻穩定,通過(guò)DOE優(yōu)化時(shí)間、溫度、攪拌來(lái)獲得佳的沉銀操作參數,進(jìn)而確保得到理想的厚度和高品質(zhì)的銀層。根據需要使用超聲波或噴射器來(lái)提高沉銀液對微通孔、高縱橫比孔及厚板的潤濕能力,同時(shí)也為生產(chǎn)HDI板提供可行的解決方案,這些輔助的機械方法可被應用在前處理和沉銀液中來(lái)確?？妆谕耆粷櫇?。

　　離子污染 可通過(guò)降低沉銀溶液的離子濃度來(lái)降低?；谶@個(gè)原因,在不影響溶液性能的條件下,沉銀液的離子含量應盡可能保持在較低水平。通常后的清洗段要用去離子水清洗至少1分鐘,同時(shí)還必須定期檢測離子含量(陰離子和陽(yáng)離子)是否符合工業(yè)標準。區別主要污染的來(lái)源,這些測試的結果必須記錄并保留。

　　微空洞 是難預防的一種缺陷,因為它產(chǎn)生的真正原因尚未明確。誠如前面所述,我們已經(jīng)知道有些因素似乎會(huì )引發(fā)微空洞或伴隨微空洞而出現,可以通過(guò)消除或盡量減少這些因素來(lái)達到控制出現微空洞問(wèn)題。其中沉銀厚度是引發(fā)微空洞的顯著(zhù)因素,所以控制沉銀層厚度是首要步驟。其次還應該調整微蝕速度和沉銀速度以獲得光滑均勻的表面結構。還要通過(guò)測試槽液在使用周期內不同時(shí)間點(diǎn)的沉銀層的純度,來(lái)監控沉銀層中的有機物含量,合理的銀含量應控制在90% (原子比) 以上。

四、理想工藝- AlphaSTAR
　
　　一個(gè)“理想工藝”除了是性能優(yōu)異之外,還必須滿(mǎn)足2006年7月1日公布的電子工業(yè)對于安全、環(huán)保以及可靠性的要求。雖然早在1994年樂(lè )思化學(xué)就擁有AlphaLEVEL產(chǎn)品系列的專(zhuān)利權,但是樂(lè )思化學(xué)依舊持續不斷的進(jìn)行著(zhù)工藝的改善和研發(fā),現已成功研發(fā)出應用于印制線(xiàn)路板的三代沉銀技術(shù)—AlphaSTAR。AlphaSTAR工藝特別為滿(mǎn)足當今日益嚴格的終表面處理的要求而設計,它解決了以上探討的幾個(gè)導致線(xiàn)路板報廢、成本增加、環(huán)保和安全等問(wèn)題，并且符合現在和未來(lái)可能影響印制線(xiàn)路板工業(yè)的相關(guān)法規。本工藝共有7個(gè)步驟(其中三個(gè)為水洗步驟),其性能及優(yōu)點(diǎn)如下所述:
　
　　前處理 分為以下四個(gè)步驟:除油、水洗、微蝕及水洗。除油溶液的表面張力非常低，能夠潤濕所有的銅表面，這樣既消除了露銅問(wèn)題，又促進(jìn)了銀層在高縱橫比孔和微通孔內的沉積。獨特的微蝕配方可產(chǎn)生微粗化，半光亮的表面結構，這樣的表面結構有利于形成具有精細而且致密的晶體結構的銀層,因此即使在銀層厚度很低時(shí)也可獲得高密度、低孔隙的沉銀層。這就大大提高了銀層的抗蝕性能。

　　沉銀 分為以下三個(gè)步驟:預浸、沉銀和后的去離子水洗。設立預浸的目的有三個(gè)，一是用作犧牲溶液,防止從微蝕槽帶進(jìn)銅和其他物質(zhì)污染沉銀液，二是為沉銀置換反應提供清潔的銅面,使銅面獲得與沉銀液中相同的化學(xué)環(huán)境和pH值。由于預浸的成分和沉銀液一樣(除了金屬銀外)，此工序的三個(gè)功能就是對沉銀槽的自動(dòng)補充。在沉銀反應中唯一消耗的是金屬銀,沉銀液中有機組分含量的變化僅僅是由槽液帶出所造成的損失，而預浸和沉銀溶液有同樣的成分,預浸帶進(jìn)的量等于沉銀帶出的量,因此沉銀液不會(huì )積聚不必要的有機物。

　　沉銀反應是通過(guò)銅和銀離子之間的置換反應進(jìn)行的。經(jīng)過(guò)AlphaSTAR 微蝕溶液微粗化處理的銅表面，可以確保在受控的沉銀速度下能夠緩慢生成均勻一致的沉銀層。慢的沉銀速度有利于沉積出致密的晶體結構，避免了由于沉淀和結塊而產(chǎn)生的微粒增長(cháng),形成高密度的銀層。這種結構緊密，厚度適中(6 - 12u”)的銀層不僅具有高的抗蝕性能,同時(shí)也具有非常良好的導電性能。沉銀液非常穩定，有很長(cháng)的使用周期,對光和微量鹵化物不敏感。AlphaSTAR的其他優(yōu)點(diǎn)如:大大縮短了停工期，低離子污染以及設備成本低。

五、結論
　
　　AlphaSTAR工藝集中了幾種終表面處理的佳性能，它滿(mǎn)足并超越了全球印制線(xiàn)路板工業(yè)對可焊性，可靠性，安全性以及符合法規的要求。AlphaSTAR工藝有寬闊的操作窗口;易于操作、控制及維護，可進(jìn)行返工操作,在同類(lèi)終表面處理中生產(chǎn)成本低。AlphaSTAR 工藝針對以上探討的六個(gè)與沉銀工藝相關(guān)的問(wèn)題，消除或減少了這些問(wèn)題對高品質(zhì)產(chǎn)品的直接影響。另外此工藝符合RoHS 和WEEE 的規定，沉銀層完全無(wú)鉛。

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