Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Technologie und Verfahren zur Beseitigung der Silberschicht der Leiterplatte
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Technologie und Verfahren zur Beseitigung der Silberschicht der Leiterplatte

2022-03-31
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Author:pcb

Wie wir alle wissen, weil Leiterplatten kann nach der Montage nicht Schwerindustrie sein, so die Kosten für Schrott verursacht durch Mikrovoid. Weitere Untersuchungen zu diesem Problem zeigen, dass dieses Problem vollständig auf das Lötbarkeitsproblem zurückzuführen ist, das durch das Design der Leiterplatte verursacht wird, und hat nichts mit dem Silbersenkenverfahren oder anderen finalen Oberflächenbehandlungsmethoden zu tun.

1. Root cause analysis
By analyzing the root cause of defects, Die Fehlerrate kann durch Prozessverbesserung und Parameteroptimierung reduziert werden. Der Gianni-Effekt tritt normalerweise unter dem Riss zwischen dem Lotresistfilm und der Kupferoberfläche auf. Im Prozess der Silberausfällung, weil die Risse sehr klein sind, Die Zufuhr von Silberionen zur Silberausfälllösung ist begrenzt, aber das Kupfer hier kann zu Kupferionen korrodiert werden, und dann tritt die Silberausfällreaktion auf der Kupferoberfläche außerhalb der Risse auf. Da Ionenkonversion die treibende Kraft der Silberfällungsreaktion ist, Der Angriffsgrad der Kupferoberfläche unter Rissen hängt direkt mit der Dicke der Silberausfällung zusammen. Risse können aus folgenden Gründen entstehen: übermäßige seitliche Erosion/development or poor bonding of the solder film to the copper surface; Uneven electroplated copper layer (thin copper orifice); There are obvious deep scratches on the substrate copper under the resistance film. Korrosion tritt auf, wenn Schwefel oder Sauerstoff in der Luft mit einer Metalloberfläche reagiert. Silver reacts with sulfur to form a $silver sulfide (Ag2S) film on the surface, das sich schließlich schwarz färbt, wenn der Schwefelgehalt hoch ist. Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie Silber mit Schwefel kontaminiert werden kann, either by air (as mentioned earlier) or by other sources such as PWB wrapping paper. Silber reagiert anders mit Sauerstoff, Normalerweise mit Kupfer unter der Silberschicht, um dunkelbraunes Kupferoxid zu bilden. Dieser Fehler ist in der Regel darauf zurückzuführen, dass die Silberablagerungsrate sehr schnell ist, Bildung einer Silberdepositionsschicht mit geringer Dichte, Dadurch kann das Kupfer im unteren Teil der Silberschicht leicht mit der Luft in Berührung kommen, so dass das Kupfer mit dem Sauerstoff in der Luft reagiert. Die lose Kristallstruktur hat einen größeren Zwischenraum und erfordert daher eine dickere Silberabscheidungsschicht, um Oxidationsbeständigkeit zu erreichen. Dies bedeutet, dickere Silberschichten während der Produktion abzulegen, was die Produktionskosten erhöht und die Wahrscheinlichkeit von Schweißbarkeitsproblemen wie Mikrovoid und schlechte Schweißnähte erhöht. Kupferexposition ist normalerweise mit chemischen Prozessen vor der Silberausfällung verbunden. Dieser Defekt trat nach dem Silberablagerungsprozess auf, hauptsächlich weil der Restfilm, der vor dem Prozess nicht vollständig entfernt wurde, die Ablagerung der Silberschicht behinderte. Gemeinsam ist der Restfilm, der durch den Widerstandsschweißprozess gebracht wird, Es ist nicht klar im Entwickler verursacht durch die Entwicklung, das ist der sogenannte "Restfilm", Diese Schicht aus Restfilm blockiert die Silberausfällreaktion. Der mechanische Behandlungsprozess ist auch einer der Gründe für die Kupferexposition. Die Oberflächenstruktur der Leiterplatte beeinflusst die Gleichmäßigkeit des Kontakts zwischen der Leiterplatte und der Lösung. Unzureichende oder zu viel Lösungszirkulation bildet auch eine ungleichmäßige Silberabscheidungsschicht. Ionenverschmutzung Das Vorhandensein ionischer Substanzen auf der Oberfläche der Leiterplatte kann die elektrischen Eigenschaften der Leiterplatte beeinträchtigen. These ions mainly come from the silver immersion solution itself (remaining in the silver immersion layer or under the solder resist film). Verschiedene ausgefällte Silberlösungen haben einen unterschiedlichen Ionengehalt. Je höher der Ionengehalt der Lösung, je höher der Ionenverschmutzungswert bei gleicher Waschbedingung. Die Porosität der Silberablagerungsschicht ist auch einer der wichtigen Faktoren, die die Ionenverschmutzung beeinflussen. Die Silberschicht mit hoher Porosität ist leicht Ionen in der Lösung zu halten, was die Schwierigkeit des Waschens erhöht und schließlich zu einer entsprechenden Erhöhung des Ionenverschmutzungswertes führt. Die Wirkung der Nachwäsche wirkt sich auch direkt auf die Ionenverschmutzung aus, unzureichendes Waschen oder unqualifizierte Wasserqualität verursacht Ionenverschmutzung überschreitet den Standard. Mikrovoids sind normalerweise kleiner als 1mil im Durchmesser. Der Hohlraum, der sich auf der Metallgrenzflächenverbindung zwischen dem Lot und der Schweißoberfläche befindet, wird Mikrovoids genannt, weil er tatsächlich die "ebene Kavitationsgruppe" der Schweißoberfläche ist., so reduziert es die Schweißnahtkraft stark. Mikrovoids erscheinen auf OSP, ENIG und sedimentierte Silberoberflächen. Die Ursache von Mikrovoids ist nicht klar, aber mehrere Einflussfaktoren wurden identifiziert. Although all microvoids in the ag-precipitate layer occur on thick silver (more than 15μm thick) surfaces, Nicht alle Mikrovoids treten in dicken Silberschichten auf. Mikrovoids treten häufiger auf, wenn die Kupferoberflächenstruktur am Boden der Silberabscheidungsschicht sehr rau ist. Das Auftreten von Mikrovoids scheint auch mit den Arten und Komponenten organischer Materie in Verbindung zu stehen, die in der Silberschicht kodeponiert sind.. Als Reaktion auf das obige Phänomen, oems, EWS, PWB-Hersteller, und chemische Zulieferer führten mehrere simulierte Schweißstudien durch, Keiner davon war in der Lage, Mikrovoids vollständig zu beseitigen.

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2. Preventive measures
In order to avoid or eliminate defects and improve the yield, Präventivmaßnahmen müssen den Beitrag von Chemikalien und Geräten zu Fehlern in der tatsächlichen Produktion berücksichtigen. Die Verhinderung des Gianni-Effekts kann auf den Vorprozess der Kupferbeschichtung zurückgeführt werden. Für Bohrungen mit hohem Seitenverhältnis und Micro-Durchgangsbohrungen, Gleichmäßige Galvanikdicke hilft, die versteckte Gefahr des Gianni-Effekts zu beseitigen. Übermäßige Korrosion oder seitliche Erosion beim Abisolieren von Folien, Ätz- und Zinnabscheidungsprozesse können zur Rissbildung beitragen, und es können Restkorrosionslösungen oder andere Lösungen in den Rissen sein. Allerdings, Das Problem des Lötfilms ist immer noch der Hauptgrund für das Auftreten des Gianni-Effekts. Die meisten defekten Platten mit dem Gianni-Effekt haben seitliche Erosion oder Lötfilmabscheidung Phänomen, das hauptsächlich aus dem Expositionsentwicklungsprozess kommt. Daher, wenn der Lötfilm nach dem "Vorderfuß" entwickelt wird und der Lötfilm vollständig verfestigt ist, dann kann das Problem des Gianni-Effekts fast beseitigt werden. Um eine gute Silberdeposition zu erhalten, Die Silberdepositionsposition muss 100% Kupfer betragen, Die Lösung in jedem Tank hat eine gute Perforationskapazität, und die Lösung kann effektiv durch das Loch ausgetauscht werden. Für sehr feine Strukturen, wie HDI-Platten, Es ist nützlich, Ultraschall oder Injektoren in Vorbehandlungs- und Silberspüllösungen zu installieren. Für das Produktionsmanagement von Silberfällungsprozessen, Der Effekt von Gianni kann verbessert werden, indem die Mikroerosionsrate kontrolliert wird, um eine glatte und halbhelle Oberfläche zu bilden. For original equipment manufacturers (Oems), Es ist notwendig, große Kupferoberfläche oder hohes Seitenverhältnis durch Löcher zu vermeiden, die mit dünnen Linien verbunden sind, um die versteckte Gefahr des Gianni-Effekts zu beseitigen. Für Chemieanbieter, Silber-Niederschlagslösung sollte nicht sehr aggressiv sein, Einhaltung eines angemessenen pH-Wertes, Silberausfällungsrate wird kontrolliert und kann die gewünschte Kristallstruktur erzeugen, Korrosionsbeständigkeit kann mit dünner Silberstärke erreicht werden. Korrosion kann durch Erhöhung der Beschichtungsdichte und Verringerung der Porosität reduziert werden. Schwefelfreie Verpackungen verwenden, während der Abdichtung, um die Platte vom Luftkontakt zu isolieren, Vermeiden Sie auch Schwefelkontakt in der Luft mit der Silberoberfläche. Lagern Sie das verpackte Brett in einer Umgebung mit einer Temperatur von 30℃ und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40%. Obwohl die Haltbarkeit der Silberplatte sehr lang ist, Die Lagerung sollte immer noch dem Erstens-In folgen, First-out-Prinzip. Exposiertes Kupfer kann durch Optimierung des Vorsedimentationsprozesses reduziert oder eliminiert werden. Zu diesem Zweck, Die Kupferoberfläche kann nach dem Mikroätzen durch einen "Wasserbruch"-Test oder einen "Bright Spot"-Test untersucht werden. Saubere Kupferoberfläche kann Wasserfilm für mindestens 40 Sekunden halten. Die Ausrüstung wird regelmäßig gewartet, um eine gleichmäßige und stabile Lösungszirkulation sicherzustellen, und die Parameter der Silberabsetzung werden durch DOE Optimierung der Zeit erhalten, Temperatur und Rühren, um die gewünschte Dicke und hochwertige Silberschicht zu gewährleisten. Ultraschall- oder Injektoren werden bei Bedarf verwendet, um die Benetzbarkeit der Silbersenkenlösung zu Mikrodurchgangslöchern zu verbessern, Löcher mit hohem Seitenverhältnis und dicke Platten, und eine praktikable Lösung für die Herstellung von HDI-Platten zu bieten. Diese zusätzlichen mechanischen Methoden können auf die Vorbehandlungs- und Silberspülenlösung angewendet werden, um sicherzustellen, dass die Lochwand vollständig benetzt ist. Ionenkontamination kann durch Verringerung der Ionenkonzentration der gefallenen Silberlösung reduziert werden. Aus diesem Grund, Der Ionengehalt der Silberfällungslösung sollte so niedrig wie möglich gehalten werden, ohne die Eigenschaften der Lösung zu beeinträchtigen. Der übliche Reinigungsbereich wird mindestens eine Minute lang mit deionisiertem Wasser gereinigt, and the ion content (anions and cations) must be periodically tested for compliance with industry standards. Unterscheidung zwischen Hauptkontaminanten, die Ergebnisse dieser Prüfungen müssen aufgezeichnet und aufbewahrt werden. Mikrovoids sind ein Defekt, der schwer zu verhindern ist, da die wahre Ursache von Mikrovoids unbekannt ist. Wie oben erwähnt, Wir wissen bereits, dass es einige Faktoren gibt, die Mikrovoids verursachen oder begleiten., und die Mikrovoids können durch Beseitigung oder Minimierung dieser Faktoren kontrolliert werden. Die Silberabscheidungsdicke ist ein wesentlicher Faktor, der Mikrovoids verursacht, Die Kontrolle der Silberabscheidungsdicke ist also der erste Schritt. Zweitens, Die Mikroerosionsrate und die Silbersedimentationsrate sollten angepasst werden, um eine glatte und gleichmäßige Oberflächenstruktur zu erhalten. Der Gehalt an organischen Stoffen in der Silberabscheidungsschicht sollte auch durch Prüfung der Reinheit der Silberabscheidungsschicht an verschiedenen Punkten der Lebensdauer der Tankflüssigkeit überwacht werden. The reasonable silver content should be controlled above 90% (atomic ratio).

3. The ideal process - AlphaSTAR
Darüber hinaus to excellent performance, ein "idealer Prozess" muss auch die Sicherheit erfüllen, Umweltschutz- und Zuverlässigkeitsanforderungen der Elektronikindustrie angekündigt am Juli 1, 2006. Obwohl Les Chemical bereits seit 1994 im Besitz der AlphaLEVEL-Produktserie war, les Chemical verbessert den Prozess und Forschung und Entwicklung weiter, und hat erfolgreich die dritte Generation der Silberspülentechnologie für Leiterplatten AlphaSTAR. Das AlphaSTAR-Verfahren ist speziell auf die heutigen Anforderungen an die Veredelung ausgelegt.. Es behandelt mehrere der oben besprochenen Probleme, die zu PCB-Obsoletion führen, erhöhte Kosten, Umweltschutz und Sicherheit, und erfüllt aktuelle und zukünftige Vorschriften, die Auswirkungen auf die gedruckte Leiterplattenindustrie haben können. The process consists of 7 steps (three of which are washing steps), Die Vorbehandlung wird in die folgenden vier Schritte unterteilt: Ölentfernung, Wasser waschen, Mikroerosion und Wasserwäsche. Die Oberflächenspannung der Ölentfernungslösung ist so gering, dass sie alle Kupferoberflächen benetzen kann, das Problem der Kupferbelichtung beseitigt und die Ablagerung von Silberschichten in Löchern mit hohem Seitenverhältnis und Mikrodurchgangslöchern fördert. Die einzigartige Mikroätzformel erzeugt eine leicht grobkörnige, Halbglänzende Oberflächenstruktur, die die Bildung von Silberschichten mit feinen und dichten Kristallstrukturen erleichtert, mit hoher Dichte, Silberdepositionsschichten mit geringer Porosität auch bei sehr geringer Silberdicke. Dies verbessert die Korrosionsbeständigkeit der Silberschicht erheblich. Die Silberausfällung wird in die folgenden drei Schritte unterteilt:, Silberfällung und deionisiertes Wasser waschen. Der Zweck der Vorlaugung ist dreifach. First, Es wird als Opferlösung verwendet, um zu verhindern, dass Kupfer und andere Substanzen in den Mikroätzbehälter gebracht werden, die Silberausfalllösung zu kontaminieren. Zweiter, Es ist, eine saubere Kupferoberfläche für die Silberfällungsersatzreaktion bereitzustellen, so dass die Kupferoberfläche die gleiche chemische Umgebung und den gleichen pH-Wert wie in der Silberausfalllösung erhalten kann. Die dritte Funktion dieses Prozesses ist das automatische Auffüllen der Silberspüle, since the prepreg has the same composition as the silver sink (except for the metallic silver). In der Silberfällungsreaktion, der Verbrauch von metallischem Silber, Die Änderung des Gehalts an organischen Bestandteilen in der Silberfällllösung ist nur der Verlust, der durch das Auslaugen aus dem Tank verursacht wird, und die Vorauslaugungs- und Silberausscheidungslösung haben die gleiche Zusammensetzung, die Menge der Vorauslaugung ist gleich der Menge der Silberausfällung, so sammelt die Silberfällungslösung keine unnötigen organischen Stoffe an. Die Silberausfällreaktion wird durch die Substitutionsreaktion zwischen Kupfer- und Silberionen durchgeführt.. Die Kupferoberfläche wurde durch AlphaSTAR Mikroätzlösung leicht vergröbt, um sicherzustellen, dass eine gleichmäßige Silberabscheidungsschicht langsam mit einer kontrollierten Silberabscheidungsrate erzeugt wurde.. Langsame Silberablagerungsrate ist förderlich für die Ablagerung dichter Kristallstruktur, Vermeidung des Wachstums von Partikeln durch Niederschlag und Agglomeration, Bildung einer hohen Dichte der Silberschicht. Diese dichte, moderately thick (6-12U ") silver layer not only has high corrosion resistance, hat aber auch eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit. Silberfällung ist sehr stabil, hat eine lange Lebensdauer und ist unempfindlich gegenüber Licht und Spurenhaltigen. Weitere Vorteile von AlphaSTAR sind die deutlich reduzierten Ausfallzeiten, geringe Ionenkontamination, und geringe Gerätekosten.

4. Conclusion
The AlphaSTAR process combines several finishing properties that meet and exceed the PCB industry's requirements for solderability, Zuverlässigkeit, Sicherheit, und Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Das AlphaSTAR-Verfahren verfügt über ein breites Bedienfenster; Einfach zu bedienen, Kontrolle und Wartung, kann nachgearbeitet werden, bei den gleichen Produktionskosten für die Endoberflächenbehandlung. Das AlphaSTAR-Verfahren befasst sich mit den sechs oben diskutierten Fragen des Silberfällungsprozesses, Beseitigung oder Verringerung ihrer direkten Auswirkungen auf die hohe Qualität Leiterplatte Produkte. In addition, Dieser Prozess entspricht den RoHS- und WEEE-Vorschriften, die Silberschicht ist komplett bleifrei.