PCB浸镀银工艺中的常见缺陷
(1)贾凡尼咬铜(Galvanic Attack)
经过多次根本原因的追究,上述各项失效案例的确已大幅减少。不过对于贾凡尼效应的铜腐蚀问题则始终未能根绝,其原因是板面绿漆边缘与立体铜线间一向存在着较多的细缝(Crevice),于是在浸镀银的湿制程中会使得银液在毛细作用下不断渗入细缝内,再加上后清洗难竟全功之下,造成银离子与铜金属之间发生了贾凡尼电化学电池式的腐蚀反应。事实上唯有当铜金属被腐蚀成为铜离子而释出电子时,银离子才能产生沉积反应。这种无从避免的麻烦也与银层厚度(浸镀时间)有关,愈厚当然就越不好。
上述板面绿漆与铜导线之间所存在细缝的问题,其背后的真正原因则是感光绿漆施工中,其皮膜本身已发生侧蚀甚至过度显像的异常,以致未能完全紧贴在铜导线的两侧面或附着性不佳所致。此外深孔中央银层太薄或绿漆下铜面上已出现较深的刮痕者,都将会出现贾凡尼式咬铜的麻烦。
(2)银面变色(Tarnish)
银面变色变脏与空气中的氧与硫有关,一旦银面与硫接触时将会形成黄色的Ag2S硫化银薄膜,若继续接触中将会逐渐变到棕黑色。此种硫污染的来源可能出自不洁空气中的污染,或来自看似无害的包装用纸类。至于氧气则除了空气之外,底铜表面氧化已存在的Cu2O与CuO等薄膜,其中的氧将可能转移到银层中。且对快速沉积厚度很薄、结构松散又具多孔性的浸银层而言,又将让底铜大有机会继续与空气接触而再行氧化。为了防堵此漏洞起见,势必要加厚银镀层以阻止其晶界(Grain Boundary)的漏气。然而加厚银层不但会使成本上升,而且细缝中的贾凡尼咬铜效应也将更为之恶化。且在离子污染增多后其焊锡性亦将变差,甚至出现焊点微洞与变脆等问题.
(3)局部露铜
此种缺失与浸银制程本身有关,经常在完成浸银工序后即可发现。其原因是铜面上在前处理流程中可能已附着了一层阻碍反应的薄膜,致使铜与银之间无法发生置换反应。此膜一旦微蚀不掉时将会阻止铜的释出电子行为,而无法让银层产生沉积反应。此外浸银槽液的机械搅拌也会产生一些不同的效果,加以生产板类在几何外形上的差异,使得不同区域受到药水的冲刷效果也有所不同,以致让浸渡银层的厚度也出现不够均匀的现象,太薄区域看起来就会出现镀不上银而露铜的现象。
(4)离子污染
经过湿制程后板面上可能残留的各种离子,都将会对PCB的电性功能造成不良影响。此等烦恼多半出自银层表面附着药水的不易清洗,甚至在绿漆表面也会残留已老化的槽液。浸镀银的配方中经常会加入一些有机物,因而也可能会随伴发生一些有机皮膜等额外异物的附着,进而造成后段清洗的困难。通常补充银消耗的做法是采用专用的补给药水,而此等药水是将金属银配制成为“有机银的络合物”(Organic Silver Complexes),一旦银金属用掉后将剩下颇多量的有机物,当然就会使得后段清洗越发困难了。
(5)微洞现象(Microvoids)
浸银层在下游焊接中所发生的焊点微洞,直径大多不足Imil,且多数聚集在焊点与承垫IMC以上的介面处,是一种全面分布性空泡式的众多小空洞,对焊点强度会出现一种“破坏性的效应”(Devastating Effect)
此种介面性微空洞不但在PCB浸镀银的焊接中出现,也会发生在OSP与ENIG等皮膜之焊接中,其根本原因到目前为此尚未彻底搞清楚。不过也找到某些确定的相关成因,例如厚度加厚者微空洞也较多(尤其当厚度超过15μin者),然而某些配方也未必全然如此。此外底铜面的粗糙度也是原因之一,通常愈粗愈糟。且还发现与配方中的有机物含量与成份有关,某些有机物则容易伴随银金属产生共镀而存在于皮膜中。不过这种假设性的理论,曾经通过某些品牌商、代工组装业者、PCB业者,与药水供应商等,所共同组成联盟的多次合作研究,竟然没有一次模拟成功,当然也就无法将微洞彻底予以排除了。
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