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PCB基板の銀層除去技術と方法について
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PCB基板の銀層除去技術と方法について

PCB基板の銀層除去技術と方法について

2022-03-31
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Author:ipcb

みんな知ってる, だって プリント回路基板 組立後重い業界はできない, したがって、スクラップのコストは微小空隙に起因する. この問題に関する更なる研究は、この問題が回路基板の設計に起因するはんだ付け性問題のためにあることを証明する, そして、銀のシンクプロセスまたは他の最終的な表面処理方法とは無関係です.

1. 根本原因分析
欠陥の根本原因を分析することによって、プロセス改善とパラメータ最適化により欠陥率を低減できる. 通常、はんだレジスト膜と銅表面との間のクラックの下でGianni効果が生じる. 銀の沈殿の過程で, クラックがとても小さいので, 銀沈殿溶液への銀イオンの供給は制限される, しかし、ここの銅は銅イオンに腐食される, そして、銀の沈殿反応は、クラックの外で銅表面で起こります. イオン転換は銀沈殿反応の推進力である, 亀裂の下での銅表面の攻撃度は銀析出の厚さに直接関係する. 亀裂は、次のいずれかの理由で形成することができます:過度の横侵食/はんだフィルムの銅表面への現像又は不良接合;不均一電気メッキ銅層(薄い銅オリフィス);抵抗膜下の基板銅には明らかな深い傷がある。腐食は空気中の硫黄または酸素が金属表面と反応するときに起こる.銀は硫黄と反応して表面に銀硫化銀(Ag 2 S)を形成する。硫黄含有量が高いならば、それは結局黒くなります. 銀が硫黄で汚染されるいくつかの方法があります, 空気(前述のように)またはPWB包装紙のような他の源によってどちらか。銀は異なる方法で酸素と反応する, 通常、暗い茶色の酸化第一銅を形成するために、銀の層の下の銅で. この欠陥は、通常、銀堆積速度が非常に速いという事実に起因する, 低密度銀堆積層の形成, これは、銀層の下部の銅を空気に容易に接触させる, 銅が空気中の酸素と反応するように. ゆるやかな結晶構造は、より大きな粒間空間を有するので、酸化抵抗を達成するためにより厚い銀堆積レイヤーを必要とする. これは生産中により厚い銀層を堆積させることを意味する, これは生産コストを増加させ、マイクロボイドや不良溶接などの溶接性問題の機会を増加させる. 銅曝露は通常、銀沈殿前の化学プロセスと関連する. この欠陥は銀堆積プロセス後に現れた, プロセスの前に完全に除去されなかった残余膜が銀層の堆積を妨げるので. 一般的な抵抗溶接プロセスによってもたらされる残留膜, 開発によって開発者が明確ではない, いわゆる「残差膜」, 残留膜のこの層は銀沈殿反応を阻止する. 機械的処理プロセスは、銅露出の理由の一つでもある. 回路基板の表面構造は、基板と溶液との間の接触の均一性に影響を及ぼす. 不十分であるかあまりに多くの溶液循環も、不均一な銀堆積層を形成する. イオン汚染は、回路基板の表面上のイオン性物質の存在が回路基板の電気的性質を妨げることがある. これらのイオンは、主に銀浸漬液そのもの(銀浸漬層またはソルダーレジスト膜下)に由来する。異なる沈殿銀溶液は異なるイオン含有量を持つ. 溶液のイオン含有量が高いほど, 同じ洗浄条件でのイオン汚染値の増加. 銀堆積層の気孔率はイオン汚染に影響する重要な因子の一つでもある. 高い気孔率を有する銀層は、溶液中のイオンを保持するのが容易である, それは洗浄の難しさを増加させ、最終的にイオン汚染値の対応する増加をもたらす. ポスト洗浄の効果も直接イオン汚染に影響する, 不十分な洗浄または無条件の水質は、イオン汚染が標準を上回る原因となります. マイクロボイドは、通常直径1 mil未満である. はんだと溶接面との間の金属界面化合物上に位置する空洞は、溶接面の「平面キャビテーション基」であるので、微小ボイドと呼ばれる, したがって、溶接継手の力を大幅に削減. OSPにマイクロボイドが現れる, ENIGと堆積銀表面. 微小空隙の根本原因は明らかではない, しかし、いくつかの影響因子が確認されました.Ag析出層中のすべてのマイクロボイドは、厚い銀(厚さ15センチメートル以上)の表面上で発生する。厚い銀層にはすべてのマイクロボイドが起こらない. 銀の堆積層の底部の銅表面構造が非常に粗いときに、マイクロボイドはより起こりやすい. マイクロボイドの発生も銀層中に堆積した有機物COの種類と成分に関連すると考えられる. 上記の現象に応じて, OEM, ems, PWB製造業, 化学供給業者はいくつかの模擬溶接研究を実施した, どれも完全にマイクロボイドを除去できなかった.

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2.予防措置
欠陥を回避または除去し、歩留りを向上させるために、実際の生産における欠陥に対する化学品及び設備の寄与を考慮する必要がある. Gianni効果の防止は前工程銅めっきプロセスに遡ることができる. 高アスペクト比穴とミクロスルーホール用, 均一電気めっき厚さはGianni効果の隠れた危険性を除去するのに役立つ. 膜剥離における過剰腐食またはサイドエロージョン, エッチングとTiNストリッピングプロセスは亀裂の形成に寄与する, そして、残留腐食解または亀裂の他の解があるかもしれません. しかし, はんだ膜の問題は依然としてGianni効果の発生の主な理由である. Gianni効果を有する欠陥板の大部分は、サイドエロージョンまたははんだフィルム放出現象を有する, 露光現像プロセスは主に. したがって, ハンダ膜が「前進足」の後に発達する場合、そして、はんだフィルムは完全に固化される, その後、Gianni効果の問題はほとんど排除することができます. 良い銀沈着を得る, 銀の堆積位置は100 %の銅でなければならない, 各タンクの溶液は良好な穿孔容量を有する, そして、溶液を効果的に正孔を通して交換することができる. 非常に微細な構造, HDIプレートのような, 超音波またはインジェクターを前処理と銀のシンク解決にインストールすることは、役に立ちます. 銀沈殿プロセスの生産管理のために, 滑らかで準明るい表面を形成するために微小侵食速度を制御することにより,gianniの効果を改善することができる.オリジナル機器メーカー(OEM)、Gianni効果の隠れた危険性を除去するために、細い線に接続された穴を通して大きな銅表面または高いアスペクト比を避ける必要がある. 化学供給元, 銀の沈殿溶液は非常に攻撃的であるべきではない, 適正維持, 銀析出速度を制御し、所望の結晶構造を生成することができる, 耐食性は、薄い銀厚さで達成することができる. 腐食は、被覆密度を増加させ、空隙率を減少させることによって低減することができる. 硫黄フリー包装, 空気接触からプレートを隔離するために封をしている間, また、銀表面との空中硫黄接触を防ぐ. パックされた板を30℃、相対湿度40 %の環境で保管する. 銀板のシェルフライフは非常に長いですが, ストレージはまだ2011年の最初に従ってください, 第一原理. 事前沈降プロセスを最適化することによって、露出した銅を還元または除去することができる. このために, 銅表面は、「水ブレーク」試験または「明るいスポット」試験によるマイクロエッチング後に検査することができる. きれいな銅表面は、少なくとも40秒. 装置は、均一で安定した溶液循環を確実にするために定期的に維持されます, そして、時間のDOE最適化によって、銀沈降運転パラメータが得られる, 所望の厚さと高品質の銀層を確保するための温度と攪拌. マイクロスルーホールへの銀シンク溶液の濡れ性を改善するために必要に応じて超音波またはインジェクタを用いる, 高アスペクト比穴と厚板, そして、HDIプレートの製造のための実行可能な解決策を提供するために. これらの補助機械的方法は、孔壁が完全に濡れていることを確実とするために前処理及び銀シンク溶液に適用することができる. 沈殿銀溶液のイオン濃度を減少させることによってイオン汚染を低減することができる. この理由から, 銀沈殿溶液のイオン含有量は、溶液の性質に影響を与えずに、できるだけ低く保たれるべきである. 通常の洗浄部は、少なくとも1分間、純水で洗浄される, そして、イオン含有量(陰イオンおよび陽イオン)は、工業規格に準拠して定期的に試験されなければならない。主要な汚染物質を区別する, これらのテストの結果を記録し、保持しなければならない. マイクロボイドは、マイクロボイドの本当の原因が未知であるので、予防するのが難しい欠陥です. 上記の通り, 我々はすでにmicrovoidsを引き起こすか、付随するように見えるいくつかの要因があるということを知っています, そして、マイクロボイドは、これらの要因を排除するかまたは最小化することによって制御することができる. 銀堆積厚は微小空隙を引き起こす重要な因子である, したがって、銀堆積厚さを制御することは、第1ステップである. 第二に, 微小侵食速度と銀沈降速度は、滑らかで均一な表面構造を得るために調整されるべきである. 銀堆積層中の有機物含有量は、タンク液体の耐用年数の異なる点で銀堆積層の純度を試験することによっても監視するべきである. 合理的な銀の含有量は90 %以上(原子比)を制御する必要があります。

3. 理想的過程 - AlphaSTAR
「理想的なプロセス」はまた、安全性を満たさなければならない, 月1日に発表された電子工業の環境保護と信頼性要件, 2006年. LES化学は1994年の初めにAlphaArevel製品シリーズを所有しましたが, LES化学はプロセスと研究開発を改善し続ける, そして、第3世代の銀のシンク技術を プリント回路基板 --アルファスター. Alphastarプロセスは、今日のますます厳しい仕上がり要件を満たすように設計されています. これは、PCBの廃止につながる上記の問題のいくつかのアドレス, 増加費用, 環境安全, そして、プリント回路基板産業に影響を及ぼす可能性がある現在および将来の規制に準拠している. 工程は7段(洗浄3段)からなる。そして、その性能と利点は以下のように記述されます:前処理は以下の4つのステップに分けられます:油除去, 水洗, 微小侵食と水洗. 油除去液の表面張力は非常に低く、すべての銅表面を濡らすことができる, どちらが銅露出問題を排除して、高アスペクト比穴およびマイクロスルーホールの銀レイヤーの堆積を促進する. ユニークなマイクロエッチング公式はわずかに粗くなった, 微細で緻密な結晶構造をもつ銀層の形成を容易にする半光沢表面構造, 高密度になる, 非常に低い銀厚さでさえ低い多孔性銀堆積層. これにより、銀層20の耐食性が大幅に向上する. 銀の沈殿は、以下の3つのステップに分けられます, 銀の沈殿と脱イオン水洗浄. 説法の目的は三倍である. ファースト, それは犠牲溶液として使われます。そして、銅と他の物質が銀沈殿物溶液を汚染することからマイクロエッチングタンクに入られるのを防ぎます. 二番目, 銀析出物置換反応用の清浄な銅表面を提供することである, このように、銅表面は、銀析出物溶液と同じ化学的環境およびpH値を得ることができる. このプロセスの第3の機能は、銀のシンクの自動補充です, プリプレグは銀シンク(金属銀以外)と同じ組成である。銀沈殿反応, 金属銀の消費, 銀沈殿溶液中の有機成分含有量の変化はタンクの浸出による損失のみである, そして、前浸出および銀沈殿解は、同じ組成を有する, 前浸出量は銀の沈殿量に等しい, したがって、銀の沈殿溶液は不要な有機物を蓄積しない. 銀析出反応は銅と銀イオンの置換反応によって行われる. 均一な銀堆積層が制御された銀堆積速度でゆっくり生成されることを確実にするために、Alphstar. 低速銀堆積速度は高密度結晶構造の堆積に寄与する, 降水と凝集による粒子の成長の回避, 高密度の銀層の形成. この濃い, 適度に厚い(6 - 12 U)の銀層は、耐食性が高いだけではありません。しかし、電気伝導度も非常に良い. 銀沈殿物は非常に安定である, 長寿命であり、ハロゲン化物を光とトレースに無知である. Alphastarの他の長所は、かなりダウンタイムを含みます, 低イオン汚染, 低設備費.

4. 結論
Alphastarプロセスは、はんだ付け性のためにPCB産業の要件を満たして、上回るいくつかの終わりの特性を結合します。信頼性, 安全, 規制遵守. Alphastarプロセスは、広い動作ウィンドウを有する操作が容易, 制御と維持, 再稼働可能, 同じ最終表面処理生産コストで. アルファスタープロセスは、上記の6つの銀の沈殿プロセス関連の問題に対処します, 高品質への直接的影響の除去または減少 PCBボード 製品. それに、このプロセスはRoHSとWEEE規制に準拠している, 銀層は完全に鉛フリーである.