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PCB沉银板化学工艺构思

2021-03-23 07:25:57    3731次浏览

近年来,化学沉银板因操作简便、价格合理和性能优异等优点,逐渐被广泛应用在PCB的终表面处理工艺上。化学沉银板后铜层空洞是一项重点品质监控指标,银下铜层空洞过多,会导致后续焊点中微空洞过于密集,终导致焊点出现振动失效、温变疲劳失效等可靠性问题。

PCB板银下界面处存在密集的空洞,空洞边缘的铜层容易被氧化成含铜氧化物,在焊接过程中,银层溶解扩散到焊料中,助焊剂在焊盘表面铺展进入铜空洞中,一方面助焊剂将空洞内的气体挤出洞外,被锡料包裹,另一方面会与铜壁氧化物发生化学反应,将含铜氧化物还原,同时产生少量小分子的气体,空洞内原有气体和反应产生气体在熔融的锡料中由于浮力不断向上移动,终富集在IMC表层等区域,待焊点冷却后,甚至会在 IMC 层中形成一层整齐的微空洞,导致焊点的结合力变弱,在后续的温度冲击、振动测试等应力筛选过程中,造成焊点断裂失效。

2 空洞产生机理猜想

目前业界对于沉银板下铜层空洞的研究较少,早可查的对于银下铜层空洞的机理猜想源于Intel。Intel报告中猜测沉银过程中原电池效应可能会导致铜层空洞,但对其机理并没有具体描述。鲁志强等结合沉银生产的反应过程,推测原电池效应造成银下铜层空洞机理如下:在沉银反应过程中,某些区域(如阻焊残渣、污染物与铜面交界处或粗糙度较高处等)药水交换较慢,此处银离子供应不足,该处铜面不能及时PCB沉积上银层,银在其他区域沉积后,会和该处铜面构成电极的两级,在PCB沉银药水中形成原电池回路,在原电池反应下,该处的铜层不断失去电子形成铜离子被腐蚀终形成空洞,

此外,局部沉银反应速率过快也可能形成铜层空洞。局部置换反应速率过快,此处溶液中银离子消耗过快来不及补充,导致铜咬蚀速率大于银沉积速率,沉积的银层不能完全覆盖铜面,未覆盖处在持续的置换反应中也会形成空洞,

还有一种可能是,铜面有凹坑或者银溶液沉积速率过快时,沉银过程会有微量药水残留在银层下,在后续放置时会继续咬蚀铜面造成空洞。

3 影响因素推断

根据以上3种空洞形成机理,结合实际化学沉银生产流程,分析推断相关生产因素对沉银空洞的影响。

首先考察可能影响原电池效应的沉银过程的因素。除油过程会影响铜面污物去除效果,因此,除油后铜面的清洁程度不同,将导致原电池效应对铜面咬蚀程度也有差异,终对铜层空洞产生影响。在后续的微蚀过程中,不同的微蚀剂种类,对铜面咬蚀情况也会有明显差异,原电池效应也不同;若微蚀后铜面水洗不净,有微蚀药水残留处的铜面被药水咬蚀程度更大,在后续沉银过程中该处由于原电池效应形成空洞的几率也就随之增加。另外,在不同生产温度下,沉银药水反应速率、剧烈程度都有差异,所以沉银槽液温度对铜层空洞也可能会产生影响。除此之外,考虑到不同铜箔类型,结晶方式有所差异,其表面铜原子排列疏松紧密不同,在沉银过程中,与沉银药水置换反应剧烈程度也会有所差异,反应剧烈处可能被咬蚀出空洞,所以对于铜箔类型也是一个影响点。

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