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PCB板化學沉銀空洞產生機理猜想
發(fā)布時間：2019-07-29 閱讀量：4064
近年來，化學沉銀因操作簡便、價格合理和性能優(yōu)異等優(yōu)點，逐漸被廣泛應用在PCB的最終表面處理工藝上。化學沉銀后銅層空洞是一項重點品質監(jiān)控指標，銀下銅層空洞過多，會導致后續(xù)焊點中微空洞過于密集，最終導致焊點出現振動失效、溫變疲勞失效等可靠性問題，如下圖所示。
銀下界面處存在密集的空洞，空洞邊緣的銅層容易被氧化成含銅氧化物，在焊接過程中，銀層溶解擴散到焊料中，助焊劑在焊盤表面鋪展進入銅空洞中，一方面助焊劑將空洞內的氣體擠出洞外，被錫料包裹，另一方面會與銅壁氧化物發(fā)生化學反應，將含銅氧化物還原，同時產生少量小分子的氣體，空洞內原有氣體和反應產生氣體在熔融的錫料中由于浮力不斷向上移動，最終富集在IMC表層等區(qū)域，待焊點冷卻后，甚至會在 IMC 層中形成一層整齊的微空洞，導致焊點的結合力變弱，在后續(xù)的溫度沖擊、振動測試等應力篩選過程中，造成焊點斷裂失效。
2 空洞產生機理猜想
目前業(yè)界對于銀下銅層空洞的研究較少，最早可查的對于銀下銅層空洞的機理猜想源于Intel。Intel報告中猜測沉銀過程中原電池效應可能會導致銅層空洞，但對其機理并沒有具體描述。魯志強[1]等結合沉銀生產的反應過程，推測原電池效應造成銀下銅層空洞機理如下：在沉銀反應過程中，某些區(qū)域（如阻焊殘渣、污染物與銅面交界處或粗糙度較高處等）藥水交換較慢，此處銀離子供應不足，該處銅面不能及時沉積上銀層，銀在其他區(qū)域沉積后，會和該處銅面構成電極的兩級，在沉銀藥水中形成原電池回路，在原電池反應下，該處的銅層不斷失去電子形成銅離子被腐蝕最終形成空洞，如下示意圖（1）所示。
此外，局部沉銀反應速率過快也可能形成銅層空洞。局部置換反應速率過快，此處溶液中銀離子消耗過快來不及補充，導致銅咬蝕速率大于銀沉積速率，沉積的銀層不能完全覆蓋銅面，未覆蓋處在持續(xù)的置換反應中也會形成空洞，如下示意圖（2）所示。
還有一種可能是，銅面有凹坑或者銀溶液沉積速率過快時，沉銀過程會有微量藥水殘留在銀層下，在后續(xù)放置時會繼續(xù)咬蝕銅面造成空洞，如下示意圖（3）所示。
3 影響因素推斷
根據以上3種空洞形成機理，結合實際化學沉銀生產流程，分析推斷相關生產因素對沉銀空洞的影響。
首先考察可能影響原電池效應的沉銀過程的因素。除油過程會影響銅面污物去除效果，因此，除油后銅面的清潔程度不同，將導致原電池效應對銅面咬蝕程度也有差異，最終對銅層空洞產生影響。在后續(xù)的微蝕過程中，不同的微蝕劑種類，對銅面咬蝕情況也會有明顯差異，原電池效應也不同；若微蝕后銅面水洗不凈，有微蝕藥水殘留處的銅面被藥水咬蝕程度更大，在后續(xù)沉銀過程中該處由于原電池效應形成空洞的幾率也就隨之增加。另外，在不同生產溫度下，沉銀藥水反應速率、劇烈程度都有差異，所以沉銀槽液溫度對銅層空洞也可能會產生影響。除此之外，考慮到不同銅箔類型，結晶方式有所差異，其表面銅原子排列疏松緊密不同，在沉銀過程中，與沉銀藥水置換反應劇烈程度也會有所差異，反應劇烈處可能被咬蝕出空洞，所以對于銅箔類型也是一個影響點。
因此，在實際生產流程中，影響沉銀空洞的可能影響因素較多，結合《沉銀板銀層下界面空洞關鍵影響因素的研究》的相關DOE實驗結論可知，微蝕劑種類及其效果不同，是影響沉銀后界面處銅層空洞的突出影響因素之一，在實際生產應用中，需重點關注。
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