SMT貼片加工中無鉛焊接的種類繁多，前面介紹了OSP，這里再為大家介紹另一種常見的處理方式浸鍍銀。
在酸性溶液中各種元素電動次序(ElectromotivesSeries)的排列中，銀的電位是+0.80V，而銅的電位是+0.52V；其間銅要比銀活潑了0.279V之多。故知要配製成銅溶解而令銀沉積的浸鍍銀槽液并不困難。而且在焊接的瞬間，銀層會很快就會溶入高溫的銲點中，6》是在錫與銅得以瞬間全面接觸下，也很快形成良性IMC的CL16Sn；，故沾錫時間很短焊錫性也很好，而且后續(xù)焊點強度更是十分可靠。由此可知銀層根本未參加焊點的結(jié)構(gòu)，只是在保護銅面免于生銹而已。
一、有機銀概要
採硝酸銀為配方的新式有機浸鍍銀，其主要流程約有四站，即：對銅面的預(yù)清洗，微蝕，適況處理，及浸鍍銀等；可採水平自動輸送方式進行連續(xù)性的雙面處理。綠漆后浸鍍銀之現(xiàn)行商品制程頗多，在臺知名者如MacDermid的SterlingTMSilver,Cockson的Alpha-Level，以及Atotech的Silver Finish ST等品牌，臺灣PCB業(yè)者只有在客戶特別指定下才會進行浸鍍銀的加工，實在是因為種種擔(dān)當(dāng)不起也解決不掉的焊錫性問題！客戶要指定當(dāng)然責(zé)任就不在我了。
銀雖然亦列名于貴金屬的族群，但純銀表面卻非常容易在常溫環(huán)境中產(chǎn)生硫化與氧化的難看皮膜，亦即出現(xiàn)所謂Tarnish（污化或變色）或Passivation（鈍化）的頑強劣質(zhì)薄膜。在免洗助焊劑無能為力之下，將立即會對焊錫性發(fā)生不良的影響。因而針對銀面的Anti-Tarnish抗污化或抗變色之各種處理，一直是金屬表面處理業(yè)者多年來所努力不懈的目標。
現(xiàn)行各種商品化的”浸鍍銀”槽液中，一定要加入某些有機抑制劑( Inhibitor)，使共同沉積于鍍層中，才可協(xié)肋防止銀面的變色。然而實際操作中，第一次高溫熔焊幾乎都沒有瑕疵，但第二次熔焊或波焊時，則視其已變色的程度而定。一旦變成棕褐色時，即使活性很強的水溶性助焊性，對過度的變色照樣是無動于衷依然故我。故而在做第一次焊接時，也必須小心翼翼不敢稍有污染，避免其嬌貴的焊錫性遭到污損變質(zhì)。
此為板面銅墊上完成浸鍍銀制程后電子掃描放大五千倍的外觀情形

圖1、此為板面銅墊上完成浸鍍銀制程后電子掃描放大五千倍的外觀情形。
一般浸鍍銀的厚度約在0.2-0.3μm之間且平坦性極佳，皮膜中所共同沉積的有機抑制劑，從歐杰式深度分析( Auger depth profile)中可看出一些端倪。此等有機物會均勻的分佈在0.075 μm的表面深度內(nèi)。此種浸鍍銀層中之純銀量，有機物，與微銅量三者的分配比例，與皮膜厚度的縱深直接有關(guān)。下圖即為三者之比例與其縱深的關(guān)系。
至于Alpha-Level所推出浸鍍銀，其厚度平均為4-5μin(0.125μm)，，完工時表面會出現(xiàn)一層很薄的（5A）透明的有機保護膜，與前述銅面的OSP保護膜堪稱系出同門功能相仿。其假想組成可由下列剖面示意圖中得以瞭解。
改制后的有機銀表面處理層

圖2、此為改制后的有機銀表面處理層。
此為Cockson公司的浸鍍銀結(jié)構(gòu)圖，其鍍層表面會存在很薄卻可抗變色的有機皮膜

圖3、此為Cockson公司的浸鍍銀結(jié)構(gòu)圖，其鍍層表面會存在很薄卻可抗變色的有機皮膜
浸鍍銀的表面光澤度與底銅面的微蝕粗化，有著直接的關(guān)系。底銅面粗糙度較大時則銀面會呈現(xiàn)霧狀外觀。沉積的厚度則與處理時間，溫度，pH，及銀離子濃度都有關(guān)。從置換的原理來看，溶出一個銅原子而成為一價銅離子的瞬間，將會有一個銀原子的同步沉積，而Cu+將會繼續(xù)氧化成為藍色的Cu++并進入溶液成為污染。不過卻也可被絡(luò)合劑抓牢，暫時不會對鍍銀層產(chǎn)生不良效應(yīng)：
此為銅面浸鍍銀銀層的反應(yīng)示意圖

圖4、此為銅面浸鍍銀銀層的反應(yīng)示意圖
此種“有機銀”式的I-Ag槽液現(xiàn)役者有酸性配方（麥特的SterlingSilver)，及中性配方（阿托的Silver Finish ST）等商品，除了主劑硝酸銀或有機酸（MSA甲基磺酸）銀外，筒須添加有機銅之絡(luò)合劑（防止槽液中的溶銅對反應(yīng)所產(chǎn)生不良效果），有機抑制劑（防止槽液對光線的敏感及加強鍍層的均勻性），表面潤濕劑（防止銀層后續(xù)之不良電遷移并抑制變色的發(fā)生）與緩衝劑（調(diào)節(jié)pH）等。因而所置換出來的I-Ag皮膜，已不再是簡單的金屬銀層，而是混合了有機物在內(nèi)所謂”有機銀”的鍍層了。而且水平量產(chǎn)線中也配備了”銅結(jié)晶析出器”，以除去太多的溶銅而延長槽液的壽命‘
二、有機銀封遷移的改善
由于浸鍍銀層中已滲入有機抑制劑，故令業(yè)界長久以來所擔(dān)心受怕快速”銀遷移”( Silver Migration)的后患，似乎可以鬆一口氣了。麥特公司的研究者曾按TelcordiaTR-78之ElectroMigrationResistanceTest，針對浸鍍銀層在85 0C/8 5%RH及偏壓(Bias)10VDC的條件下，分別經(jīng)過9 6小時及5 9 6小時的放置老化后，發(fā)現(xiàn)其浸鍍銀的電阻值，比起裸銅及噴錫處理還要高一些。電隕值的居高當(dāng)然就顯示遷移現(xiàn)象已減少的表徵，因而可證明浸鍍之有機銀層，似將不再會發(fā)生密線之間電性遷移的Dendrites問題了，下二圖即為試樣及試驗結(jié)果。
此圖為密線路浸鍍銀后的外觀

圖5、此圖為密線路浸鍍銀后的外觀
此圖為老化后三種金屬導(dǎo)線見的絕緣電阻劑的比較

圖6、此圖為老化后三種金屬導(dǎo)線見的絕緣電阻劑的比較
此外Motorola研究者也曾就”表面絕緣電阻”(SIR)另對浸鍍銀做過試驗，其結(jié)果也能通Telcordia TR-78在通訊產(chǎn)品方面的規(guī)格，并證明即使在高濕度中也不致發(fā)生電遷移性Dendrites的后患了。
三、有機銀的焊錫性
至于焊錫性方面則經(jīng)過多位業(yè)者的研究，似乎都要比OSP好，且相對于噴錫板而書也毫不遜色，甚至連蒸氣老化( Steam Aging)之后的樣板也仍然展現(xiàn)良好的焊錫性。也有人刻意使之經(jīng)過三次高溫熔焊( Reflow)后，從沾錫天平( WettingBalance)試驗中發(fā)現(xiàn)，其沾錫力量( Wetting Force)也幾乎與全新試樣不分軒輊。此外還有許多業(yè)者也證實過，浸鍍銀在各種可靠度試驗的結(jié)果方面也十分優(yōu)良。
浸鍍銀除了可供焊接之外，筒可做為半導(dǎo)體打線( Wire Bond)的表面處理，一般對于直徑lOmil超音波式打鋁線，其效果已相當(dāng)不錯。有時還可做為接觸導(dǎo)通( Contact connection)之用，但這都將與厚度直接有關(guān)。當(dāng)?shù)足~面的微蝕粗化到了相當(dāng)程度時，其浸銀厚度常達10μm，以上，于是即可用以執(zhí)行Contact的任務(wù)了。
然而此等優(yōu)良的焊錫性與耐老化折磨的本領(lǐng)，全都是針對最純潔最乾淨(jìng)的槽液與試樣而書，一旦操作槽液發(fā)生少許污染，或組裝焊接的周連環(huán)境不盡理想時，則浸鍍銀所呈現(xiàn)的焊錫性將會大為走樣?，F(xiàn)行浸鍍銀的焊錫性，會受到水氣中微量的氨氣，二氧化硫氣(SO2)以及二氧化氮(N02)等氣體的嚴重影響。浸鍍流程中的水質(zhì)也極其重要，少許氯離子污染就會帶來惡劣的反效果。而且出貨包裝也要採用特殊的”無硫紙”，此種嬌貴的紙類不但很貴而且只能用一次，到了客戶端時必須逐片板子拆紙封，還須立即在板面”打上零件”及焊接，現(xiàn)場環(huán)境放置太久者，焊錫性又恐將橫生問題。到了第二次或第三次再行焊接時，其劣焊拒焊的災(zāi)難場面實在是慘不忍睹，此時之Sales talk也只好啞口無言了
四、浸鍍銀的工藝管理
已商業(yè)化的浸鍍銀，知名者只有德商ATO的”Silver Finish ST”與美商麥特的Sterling，以及Cockson的Alpha Level。下列五站即為“Silver Finish ST”的水平流程。
其中微蝕及適況( Conditioner)等兩種關(guān)鍵性前處理，對于起始的鍍銀有減速作用，并對整體銀層有降低疏孔(Pores)，及增加結(jié)晶組織緊密的效果。此種非硝酸銀槽液中的銀雕子，是以(AgX2)— 之鹵化絡(luò)合物的姿態(tài)出現(xiàn)，故不再畏懼光線與對氯離子的敏感，所置換出來的銅離子也可被特定的絡(luò)合劑( Complexer)所抓住，而得以抑制銅金屬的共沉積以免影響焊錫此五圖即為Atoteck浸鍍銀的生產(chǎn)流程，其中之適況處理(Conditioner)為有機金屬之絡(luò)合處理，，將可使先期浸鍍銀的置換速率減慢，降低槽液中銅離子的增加，減少疏孔  與增密結(jié)晶等功能。浸鍍銀之操作在pH 7.5-8.5，溫度60℃時間2-3分鐘可得厚度0.2-0.4μm，全流程平均僅6-7分鐘而已
圖7、此五圖即為Atoteck浸鍍銀的PCB生產(chǎn)流程，其中之適況處理(Conditioner)為有機金屬之絡(luò)合處理，，將可使先期浸鍍銀的置換速率減慢，降低槽液中銅離子的增加，減少疏孔  與增密結(jié)晶等功能。浸鍍銀之操作在pH 7.5-8.5，溫度60℃時間2-3分鐘可得厚度0.2-0.4μm，全流程平均僅6-7分鐘而已。山東芯演欣電子科技發(fā)展有限公司   聯(lián)系電話：18865375835