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PCB沉银板化学工艺构思

time : 2019-08-24 09:55       作者:凡亿pcb

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的最终表面处理工艺上。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,最终导致焊点出现振动失效、温变疲劳失效等可靠性问题。
PCB沉银板
PCB板(ban)银(yin)下界面(mian)(mian)(mian)处存在(zai)(zai)密集(ji)的空(kong)洞(dong)(dong)(dong),空(kong)洞(dong)(dong)(dong)边缘的铜(tong)(tong)层(ceng)容易被氧化成含(han)铜(tong)(tong)氧化物,在(zai)(zai)焊(han)接过程中,银(yin)层(ceng)溶解(jie)扩散到焊(han)料(liao)中,助(zhu)焊(han)剂在(zai)(zai)焊(han)盘表(biao)面(mian)(mian)(mian)铺展进(jin)入铜(tong)(tong)空(kong)洞(dong)(dong)(dong)中,一(yi)方面(mian)(mian)(mian)助(zhu)焊(han)剂将空(kong)洞(dong)(dong)(dong)内的气体(ti)(ti)挤(ji)出洞(dong)(dong)(dong)外(wai),被锡(xi)料(liao)包(bao)裹,另一(yi)方面(mian)(mian)(mian)会(hui)与铜(tong)(tong)壁氧化物发生(sheng)化学(xue)反应(ying),将含(han)铜(tong)(tong)氧化物还原,同时产生(sheng)少量小分子(zi)的气体(ti)(ti),空(kong)洞(dong)(dong)(dong)内原有气体(ti)(ti)和反应(ying)产生(sheng)气体(ti)(ti)在(zai)(zai)熔融(rong)的锡(xi)料(liao)中由于浮(fu)力不断(duan)向上(shang)移动,最(zui)终富集(ji)在(zai)(zai)IMC表(biao)层(ceng)等(deng)(deng)区域,待焊(han)点(dian)冷却后,甚至(zhi)会(hui)在(zai)(zai) IMC 层(ceng)中形成一(yi)层(ceng)整齐(qi)的微(wei)空(kong)洞(dong)(dong)(dong),导致焊(han)点(dian)的结(jie)合力变弱,在(zai)(zai)后续的温度冲(chong)击、振动测(ce)试等(deng)(deng)应(ying)力筛选过程中,造成焊(han)点(dian)断(duan)裂失效。
2 空(kong)洞产生机理(li)猜想
目前业界对于沉银板下铜层空洞的研究较少,最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最终形成空洞,
此(ci)外,局(ju)部沉(chen)银(yin)(yin)反应(ying)速(su)率过(guo)快也(ye)可(ke)能形成(cheng)铜(tong)(tong)层(ceng)空洞。局(ju)部置换反应(ying)速(su)率过(guo)快,此(ci)处溶液中银(yin)(yin)离子消(xiao)耗过(guo)快来不(bu)及补充(chong),导致铜(tong)(tong)咬蚀速(su)率大于(yu)银(yin)(yin)沉(chen)积速(su)率,沉(chen)积的(de)(de)银(yin)(yin)层(ceng)不(bu)能完(wan)全覆盖(gai)铜(tong)(tong)面,未覆盖(gai)处在持续的(de)(de)置换反应(ying)中也(ye)会(hui)形成(cheng)空洞,
还(hai)有一种可能是,铜面有凹(ao)坑或者银溶液沉(chen)积速率(lv)过快时,沉(chen)银过程会有微量药水残留在银层(ceng)下,在后续放置时会继(ji)续咬蚀铜面造成空洞。
3  影响因素推(tui)断
根(gen)据(ju)以上3种空洞形成机理,结合实际(ji)化学沉银(yin)(yin)生(sheng)产流程,分析推断相关生(sheng)产因(yin)素对(dui)沉银(yin)(yin)空洞的影响。
首先考察可(ke)能影(ying)响(xiang)原电池(chi)(chi)(chi)效应(ying)的沉(chen)(chen)银(yin)过程(cheng)(cheng)(cheng)的因(yin)素。除(chu)油过程(cheng)(cheng)(cheng)会(hui)(hui)影(ying)响(xiang)铜(tong)面(mian)污物(wu)去除(chu)效果,因(yin)此,除(chu)油后(hou)铜(tong)面(mian)的清洁程(cheng)(cheng)(cheng)度不同(tong),将导致原电池(chi)(chi)(chi)效应(ying)对(dui)铜(tong)面(mian)咬蚀(shi)程(cheng)(cheng)(cheng)度也(ye)(ye)(ye)有(you)差(cha)(cha)异(yi)(yi),最终对(dui)铜(tong)层(ceng)空洞(dong)产(chan)生(sheng)(sheng)影(ying)响(xiang)。在(zai)后(hou)续的微蚀(shi)过程(cheng)(cheng)(cheng)中,不同(tong)的微蚀(shi)剂种类,对(dui)铜(tong)面(mian)咬蚀(shi)情况(kuang)也(ye)(ye)(ye)会(hui)(hui)有(you)明显(xian)差(cha)(cha)异(yi)(yi),原电池(chi)(chi)(chi)效应(ying)也(ye)(ye)(ye)不同(tong);若微蚀(shi)后(hou)铜(tong)面(mian)水(shui)(shui)洗不净,有(you)微蚀(shi)药(yao)(yao)(yao)水(shui)(shui)残留(liu)处(chu)的铜(tong)面(mian)被(bei)药(yao)(yao)(yao)水(shui)(shui)咬蚀(shi)程(cheng)(cheng)(cheng)度更(geng)大,在(zai)后(hou)续沉(chen)(chen)银(yin)过程(cheng)(cheng)(cheng)中该处(chu)由于原电池(chi)(chi)(chi)效应(ying)形成空洞(dong)的几率(lv)也(ye)(ye)(ye)就(jiu)随之增加。另外,在(zai)不同(tong)生(sheng)(sheng)产(chan)温度下(xia),沉(chen)(chen)银(yin)药(yao)(yao)(yao)水(shui)(shui)反应(ying)速(su)率(lv)、剧烈程(cheng)(cheng)(cheng)度都有(you)差(cha)(cha)异(yi)(yi),所(suo)(suo)以(yi)沉(chen)(chen)银(yin)槽液温度对(dui)铜(tong)层(ceng)空洞(dong)也(ye)(ye)(ye)可(ke)能会(hui)(hui)产(chan)生(sheng)(sheng)影(ying)响(xiang)。除(chu)此之外,考虑到不同(tong)铜(tong)箔类型,结晶方(fang)式有(you)所(suo)(suo)差(cha)(cha)异(yi)(yi),其表面(mian)铜(tong)原子排列(lie)疏松(song)紧密(mi)不同(tong),在(zai)沉(chen)(chen)银(yin)过程(cheng)(cheng)(cheng)中,与沉(chen)(chen)银(yin)药(yao)(yao)(yao)水(shui)(shui)置换反应(ying)剧烈程(cheng)(cheng)(cheng)度也(ye)(ye)(ye)会(hui)(hui)有(you)所(suo)(suo)差(cha)(cha)异(yi)(yi),反应(ying)剧烈处(chu)可(ke)能被(bei)咬蚀(shi)出空洞(dong),所(suo)(suo)以(yi)对(dui)于铜(tong)箔类型也(ye)(ye)(ye)是一个(ge)影(ying)响(xiang)点。
因此,在(zai)实(shi)(shi)际(ji)电力办生产流(liu)程(cheng)中(zhong),影(ying)响(xiang)沉(chen)银板(ban)空(kong)洞(dong)的(de)(de)可能影(ying)响(xiang)因素(su)较(jiao)多,结(jie)合《沉(chen)银板(ban)银层(ceng)下(xia)界面(mian)空(kong)洞(dong)关键影(ying)响(xiang)因素(su)的(de)(de)研究》的(de)(de)相关DOE实(shi)(shi)验结(jie)论可知,微蚀(shi)剂种类及(ji)其效(xiao)果(guo)不同,是影(ying)响(xiang)沉(chen)银后界面(mian)处铜层(ceng)空(kong)洞(dong)的(de)(de)突(tu)出(chu)影(ying)响(xiang)因素(su)之一,在(zai)实(shi)(shi)际(ji)PCB生产应用中(zhong),需重点关注。