化学沉银的PCB板

化学沉银的PCB 板
1.Sterling TM 是什么是什么？？
Sterling TM 是一种化学湿制程,在线路上的裸铜面沉积一层薄金属银。

Sterling TM 是一种最终表面处理制程，也是典型的PCB 生产中最后一道化学湿制程。

Sterling TM 是MacDermid 研发实验室的专利技术，是一种取代喷锡、镀锡铅，有机保焊剂的高新技术。

2.2.为什么化学浸银可作为最终表面处理为什么化学浸银可作为最终表面处理为什么化学浸银可作为最终表面处理？？
当今HASL 不再适应PCB 更薄，线路更密集的设计要求，因此在功能上可供选择的产品已有很多的研究。

化镍浸金制程采用的增加，淘汰了喷锡，但是化镍浸金制程在PCB 制作上操作困难，成本昂贵。

有机保焊剂在PCB 制作上操作简易，成本低廉，但是在装配上受到限制，比如组装板电测及助焊剂匹配性。

化学浸银可让线路十分平整，适用于高密度线路，密脚距的SMT（表面贴装），BGA（球脚阵列封装）及晶片直接安装。

化学浸银操作简单，成本不高，维护少，使用相对小型设备可有高产能。

在Sterling TM银面上焊接产生铜锡合金介面层，同类的焊接点在电子业界受青睐几十年。

？
3. Sterling TM制程的步骤是什么
制程的步骤是什么？
Sterling TM酸性清洁：去除板面污染物，为后续金属沉积做清洁处理。

清洁剂操作温度低，泡沫少，PH值为酸性不会攻击防焊绿漆。

Sterling TM表面预处理：为改良的过硫酸盐系统。

因为随后的银沉积
视乎底铜的表面状况，故预处理非常重要。

有机添加剂比起普通的过硫酸盐微蚀可让铜面更光洁，通常表面预处理会咬铜5µ（20µ″）。

Sterling TM预浸：槽液不含银，其它组分与化银槽相同。

预浸防止硫
化物和氯化物进入化银槽引起沉淀，也为银沉积的平整提供高度湿润的表面。

Sterling TM化银：通过置换反应在线路铜表面上沉积一层非常薄的近
乎纯的银金属。

化银槽液含有几种主要成分：银盐（硝酸银），酸（加快反应速度），螯合剂（螯合反应累积下来的铜），抑制剂（平整银层，抗光敏性），表面活性剂（防止氧化变色和电子迁移）。

其反应是什么？
？
如何沉积？
4. Sterling TM如何沉积
？其反应是什么
Sterling TM浸银的机理是基于“置换反应”，因为贵金属的特性，溶
液的银离子和表面的铜能进行交换。

金的氢电位1.4V，银的标准电
位相对铜高0.46V，所以银离子可以自发的在铜面沉积上。

为了反应
的进行，药水也需要去咬蚀铜表面，所以药水要能够稳定溶液中的铜离子。

当铜表面被银覆盖后，置换反应会终止，理论上只能沉积一个原子厚度的银。

实际上，铜面被温和的化学银槽液攻击后呈多孔性，会沉积更多的银。

由于贾凡尼效应的原因，只要还有铜面露出，银就会一直的沉积下去。

经微蚀后的铜面，形成大面积的微粒状表面，因应要定量的银原子沉积覆盖。

一分钟后，银的沉积速率会自我限制，反应变慢。

5. Sterling TM 银层是纯银吗银层是纯银吗？？
Sterling TM 系统是通过置换反应沉积银金属，金属成分是纯银。

Sterling TM 槽液也考虑到当银沉积时，少量的有机物发生共沉积，可以防止电子迁移和银面氧化变色。

6.6.沉积沉积沉积层的成分是否随槽液的变化而改变层的成分是否随槽液的变化而改变层的成分是否随槽液的变化而改变？？装配后沉积层像什么装配后沉积层像什么？？ Ag u er De spu ttering 分析证实Sterling TM 沉积层有1-3%的有机物，既使沉积层老化或受热冲击，这个比例也不会改变。

有机物在沉积层内分布均匀，因此只有这种特殊的表面才可经受反复热熔焊的氧化。

为确信沉积层组分不会随槽液老化而改变，已经进行了许多生产实验。

另外药水的稳定可从药水的补充量上反应出来。

药水的补充量很容易计算，药水的主要消耗是带出。

？
如何控制？
？如何控制
银层厚度有多少？
7. Sterling TM银层厚度有多少
典型的银层厚度范围为8-12µ″（0.2-0.3µ）。

厚度测量用XRF测厚仪，实际沉积的银层厚度可由银的量来确定。

银层厚度主要依赖于底铜面的状况。

在操作规格内，预浸处理对银厚来说，会产生端正的结构在铜面上。

化银槽液本身的局限性，使得它实际上难以控制和增加银层厚度。

生产商会设定银厚控制范围在4-20µ″，如果不在这个范围内，则说明可能前段表面预处理有问题。

终端用户会要求银厚在3-25µ″之间，如果出了这个范围，会导致装配有困难。

XRF测厚仪测量非常薄的金属沉积层时，其准确度受到限制。

XRF使用方便,但有深入的研究表明,读数上会有10%的波动起伏。

表面的粗糙度对XRF的测量有很大的影响。

从波峰到波谷，表面光洁仪器测出银层厚度波动变化的原因是底铜面的粗糙度。

XRF的X射线束与银层外形相互影响。

XRF设备生产商已经研发出测量薄银厚度特定的新软硬件。

影响测量结果准确度的因素是光束尺寸和测量时间。

要得到再现性的准确Sterling TM银层厚度，MacDermid建议使用专门为薄银厚度测量而改良过的XRF，测量时间最少为30秒，光束宽度为12mil。

8.8.是否是否Sterling TM 银层越薄越节省成本银层越薄越节省成本？？
不。

典型100cm 2的线路板实际沉积银0.021克，对于$5/OZ 的银来说，板上沉积的银可以忽略不计的。

建议Srling TM 银层厚度控制在既可保护铜面又可防腐之间即可。

9.9.什么样的功能测试能证明焊锡性和防腐性正常什么样的功能测试能证明焊锡性和防腐性正常什么样的功能测试能证明焊锡性和防腐性正常？？
银层可焊性测试有漂锡，浸锡，沾锡天平试验，散锡试验，摆动沾锡试验，这些试验方法在I PC J-STD -003有详尽的描述。

装配测试有助焊剂匹配性，锡膏匹配性，抗老化性，离子污染度，焊接点物理测试。

焊接点物理强度可以通过引脚拉离试验，抗剪强度，扭矩和其它试验来评估。

焊接点的截面金相学分析是比较常见的。

电性的考量涉及在热/湿环境中，Bellc o re 的梳型电路的电子迁移。

离子污染度和表面绝缘电阻也要测量。

MacDermid 已经研发出各种不同的可焊性评估方法，并且发展成了简单，可再现性的方法。

MacDermid 使用一种有270个通孔的测试板(te s t v e h icle )检测焊料的湿润性。

用270个孔的板边试样，统计出完全充满焊料的通孔所占的百分比。

这种方法是从漂锡试验方法演变过来的。

用c o ld -f l ux ed 的板子平放在熔融的锡上面10秒，锡不需其它外力仅通过表面张力就可浸润整个孔内。

多数情况下，所用的助焊剂不好会影响焊锡的湿润性。

MacDermid R &D 发现漂锡是简易性，再现性和数据收集整理的最好折衷方法，想要了解更多此方面信息参见 Sterling TM Pr o ce ss Man u al 中的Tec h nical Pr o ced u re s 。

10. Sterling TM 银层的保存期限有多长银层的保存期限有多长？？
Sterling TM 的保存期限给定为6个月。

保存期限的影响因素很多，包装是影响最大的。

完工板不需衬纸可叠在一起，捆扎的纸不能含有硫和氯，可选用的真空包装要能防止污染，在室内气候受控的环境下能防止浓缩物和水气的污染。

11. 11. Sterling Sterling TM 化银槽的更槽频率是多少化银槽的更槽频率是多少？？
Sterling TM 化银槽的寿命是5MT O 。

MT O 为一次建浴时金属所用量的添加量。

12. Sterling TM 银层会氧化变色银层会氧化变色，，怎么应付气体污染怎么应付气体污染？？
象有机保焊剂经受长时氧化会变差，化锡会形成不可焊的合金一样，化银的氧化变色也会影响其焊锡性。

Sterling TM 银层抗氧化性比纯银好，但空气中的硫最终可以在板面形成硫化物，厚而黑的硫化物会影响可焊性，板子完工包装后就容易避免。

13.13.线路焊锡时线路焊锡时线路焊锡时，，银层会怎样银层会怎样？？
银很快熔融进入焊料中。

在450℉，每秒中43.6µ″厚的银熔入焊料。

在铜面和焊料间，没有银还保持层状，这样就形成铜锡合金。

因为银层比人的头发1/100还薄，组装后在焊料里检测到的银很少。

焊点使用S E M /E DS 一般也检测不到银。

假定所有银留在锡相，用重量法测得焊接点银的含量大约为0.005%。

14.14.槽液对负载有什么要求吗槽液对负载有什么要求吗槽液对负载有什么要求吗？？
没有。

Sterling TM 不依赖任何无电化反应，即不需要任何还原剂，实际上由底铜供应电子给溶液中的银离子，所以反应完全不受负载的影响。

1 in 2的铜面在200 gal 槽液中操作和全板线路在少一些的槽液操作是一样。

此外，槽液不因停工期而变质，新建槽液也不需做假镀动作。

15.15.去离子水必须用的吗去离子水必须用的吗去离子水必须用的吗？？
是的，Sterling TM 线的部分段需要。

Sterling TM 是PCB 制程的最后一道化学处理，在运送到组装厂家时离子污染是一个重要的考量，因此最后一道水洗必须用去离子水。

此外，溶液中的银离子对可溶性的阴离子很敏感，若氯离子或其它杂质进入槽液，会有沉淀产生，这虽不是一个必要的功能性上的问题，但是会缩短槽液寿命和增加分析频率。

16.Sterling TM 的重工程序如何的重工程序如何？？
依据拒收的原因，处理拒收板有几种方法。

若是因为在水平线上叠板没有沉上银等原因，只需简单的重走预浸和化银。

重工不会影响其它部分的银层厚度。

如果是银层被污染或氧化变色问题，MacDermid 建议使用清洁剂使板子恢复良好品质。

请向MacDermid 代表索取Sterling TM 有关重工的资料。

17. Sterling TM 银层可用做touchpad touchpad，，press press--fit fit，，或者板边承接器的表面吗的表面吗？？
在一些用途方面使用是可以的。

作为t ou c hp ad 连接表面，Sterling TM 银层曾经被检测过。

某些客户的研究表明，超过100，000次的在流动气体环境中的激化作用，Sterling TM 银层的功能和化镍浸金是等价的。

关于这方面，MacDermid 独立的实验室正在进行研究，以待发行。

另外一些成功的研究结果已经出来，但对主办的公司还没有公开。

18. Sterling TM 可以和电镀镍金有选择性的沉积在同一张板子上吗可以和电镀镍金有选择性的沉积在同一张板子上吗？？ 可以。

即使用了抗镀剂和去抗镀的化学品，Sterling TM 银面也不会变异。

MacDermid 已经做过Sterling TM 在这些条件下的可焊性和保存期限的评估。

有关更多的细节和MacDermid 的p r o ce ss sp eciali s t 联系。

19. Sterling TM 的废水处理需要什么化学品的废水处理需要什么化学品？？
基于地方，州，和国家的法规，Sterling TM 系统所有废槽液和水洗水都必须经过标准的废水处理系统（PH 调整等）。

在使用MacDermid 废水处理建议之前，必须了解地方/州/国家的有关法规。

若和
MacDermid 的建议有冲突，以地方/州/国家的有关法规为执行标准。

此外，金属成分容易从废银液中分离出来。

盐类和还原剂在溶液中形成沉淀。

最后沉淀淤泥回收处理。

由于Sterling TM 的化学品简单，大多数有废水处理系统的PCB 生产厂都可以去除废水中金属离子到可接受的水平。

如果地方的环保法规要求废水中银的含量很低，有两种方法可以去除银到极低的水平，离子交换和电解金属法技术。

20.20.防焊绿漆和防焊绿漆和Sterling TM 匹配性如何匹配性如何？？
所有防焊绿漆都与Sterling TM 相匹配。

Sterling TM 和防焊绿漆没有热攻击，化学或溶剂的浸蚀，不象其它最终表面处理。

众所周知，化镍浸金对防焊绿漆有化学攻击，喷锡对防焊绿漆有热攻击，化锡药水的溶剂会攻击防焊绿漆。

这些制程的机理不可能像Sterling TM 一样，在绿匹配性上Sterling TM 处于领先地位。

21.21.使用使用Sterling TM 制程是否有特定的药水自动添加控制制程是否有特定的药水自动添加控制？？
不需要。

MacDermid 在药水消耗方面作了广泛的研究，发现Sterling TM 的浓缩液的补加量相当小。

手动添加非常容易，所以没有必要使用自动添加。

使用一般的f eed -and -b leed 帮浦就可应付量产添加，特别是微蚀槽液的维护。

作者作者：：lanchemlee 2005lanchemlee 2005--1010--13 9:38:58)13 9:38:58)
22.22.有何故障模式和报废状况有何故障模式和报废状况有何故障模式和报废状况？？
在金属沉积过程中，某些故障模式是可能的，以下列出实际生产遇到的。

渗镀
不需要的地方沉积上金属。

Sterling TM 没有使用还原剂，渗镀几乎不可能发生。

露铜
表面污染没有沉积上金属。

原因是防焊残膜和锡铅未去尽。

厚度不均
太多或太少的金属沉积在表面。

均匀的铜面微蚀是银层厚度均匀的关键。

由于沉积的金属很薄和测量准确度有困难，所以4-20µ″是较为合理的规格范围。

结合力差
还没有报道过有关铜锡结合力不好的案例。

可焊性差
装配时湿润性不好是由板面污染或者f l ux ing参数不当引起的；暴露在含有低度污染物的空气中也会影响Sterling TM的焊锡性。

比如，完工板不可以放在处理过防焊绿漆的烤炉烘烤。

其它组装问题
诸如打线强度不足，是表面过度粗糙度和被污染的后果。

表面不规则
任何不当操作和污染都会引起表面不规则。

银特别容易受到硫和氯的污染物的攻击，如果空气中有硫和氯化物，Sterling TM板完工后应该完全的包装。

良好的干燥很重要，可避免一旦包装后受到浓缩物的污染。

有关此方面的资料参见MacDermid的技术文件。

出现问题的主要原因是操作不规范，参见Sterling TM操作手册。

Sterling TM Pr o b lem-S o l v ing对防止有关制程上的问题很有用的。

23.23.哪种助焊剂和哪种助焊剂和Sterling TM 匹配匹配？？
Sterling TM 银层是贵金属，不易被氧化。

但任何硫和氯化物沾到板面就会影响可焊性，必须去除。

MacDermid 继续在独立的实验室研究与助焊剂及锡膏的匹配性。

来自American C o m p etiti v e I n s tit u te 的一份报告，Sterling TM 与各种助焊剂和锡膏是匹配的。

Sterling TM 的研发人员会继续增加关于助焊剂匹配性的信息到产品的数据库里；不管是实验研究还是实际生产都一样，有关助焊剂的焊锡结果比较表很快添加到Sterling TM Pr o ce ss Ov er v ie w 。

24.24.银会缩短波峰焊银会缩短波峰焊sump 的寿命吗的寿命吗？？
不会。

在银面焊锡有两个有用的浓度限制。

一个是I PC 规定的焊点金属杂质含量最大值，银的含量是0.3mg /l ；另外一个延伸到了焊料的金属转成液态的温度。

含有2%银的锡膏在电子工业中普遍使用，
62-Sn /36-P b /2-Ag 合金在179℃变成液态，这和63-Sn /37-P b 在183℃变成液态几乎一样的。

如果去除板面所有的银，焊点的杂质限制规格还将会延伸一段时间。

我们在实际生产中观察到，其实几乎所有银都包含在焊接点内，而且很快熔融进入锡膏里。

25. Sterling TM 后对表面绝缘电阻有何影响后对表面绝缘电阻有何影响？？
Sterling TM 不会影响前制程是良品板的S IR 值。

Sterling TM 前测的S IR 值会在完工后重现。

最近在12.5 mil 的梳型电路上测得S IR 为1012Ω。

26. Sterling TM 是水平制程还是垂直制程是水平制程还是垂直制程？？
都可以。

为了方便生产，Sterling TM 对两种模式都是兼容的。

27. Sterling TM 设备有什么要求设备有什么要求？（？（？（设备材料等设备材料等设备材料等））
有关Sterling TM 设备要求详细容易理解。

Sterling TM Eq u i p ment S p eci f ati o n s 对设备各项都说的很清楚，对水平设备和垂直设备都是有用的。

请参考这些设备资料。

28. Sterling TM 药水对光敏感吗药水对光敏感吗？？
不。

溶液中的银离子对光很敏感。

正常情况下，如果封装没有避光，银会形成固态沉淀。

MacDermid 的专家门研发出一种专利的避免Sterling TM 槽液出现沉淀的化学稳定剂，这种化学物质对沉积层的其它品质也是有益的。

其它化银竞争系统没有这个专利技术，需要仔细的维护。

此外，其它化银制程对光很敏感，不能用在垂直线上。

29.29.线路间的银迁移会引起短路吗线路间的银迁移会引起短路吗线路间的银迁移会引起短路吗？（？（？（不用焊锡的区域不用焊锡的区域不用焊锡的区域，，在老化和热长途运输后长途运输后））
不会。

浴液中的有机材料以静电方式附在沉积的银上面。

其作用有两种。

一是有机物会驱逐在表面上之水分，电子迁移过程中要完成树状成长，水是必须的。

二是有机物中断在沉积层中的银原子，在这种方式下银原子的移动被抑制，银细丝的迁移成长更困难。

我们认为通过精心使用有机物，可完全可靠的阻止电子迁移。

但是沉积层的薄度才是首要阻止电子迁移因素。

AT&T在五十年代作过电子迁移这方面的实验，厚电镀面用在电话交换设备。

由于这次实验，Bell La b s引入Bellc o re电子迁移测试。

最新的一个版本是Bellc o re T R-78，Sterling TM很容易通过这些测试，而HASL和O SP 在阻抗值上表现不行。

包含在沉积层里的有机物是有规则的，是某种特定表面活性剂。

通常有机物的含量为1-3%，以便在经过热的长途运输后还留存。

表面上的有机物含量稍微要高一点。

30. Sterling TM化银制程会使焊点变脆吗
？
化银制程会使焊点变脆吗？
不会。

电子工业已经彻底调查过银金属在焊接点起的作用。

银在锡膏中之作用经常运用到熔焊温度和新无铅焊料。

锡膏的银含量体积超过3%。

从表面防腐完成后，Sterling TM 银实际上很少留在焊点。

从5mil 模板接受锡膏的2×2 SMT PAD，大量的焊料成分中其银含量小于0.003%，这个数量的银实质上对焊接点的特性不会有影响。

31. Sterling TM 可以经受冲压吗可以经受冲压吗？？
通常是可以的。

浸镀层没有HSAL 和电镀镍金耐用，但是有冲压Sterling TM 板子成功的。

处理薄沉积层如O SP，浸锡，浸银要非常小心。

银延展性很好，可以容忍不规范操作，但因为沉积层很薄，最好戴手套小心操作以防止刮伤。

32. Sterling TM 可以经受装配前的清洁处理吗可以经受装配前的清洁处理吗？？
MacDermid 的装配客户有过成功用热的去离子水作清洁。

异丙醇的水溶液也不会使表面品质降低，因为有机物包含在银层里面，非常少的有机物残留在表面。

曾经有成功使用强腐蚀性溴化清洁剂，MacDermid 建议在使用其它清洁剂之前先做实验。

33.33.沉积层可以容忍多少次热熔焊循环沉积层可以容忍多少次热熔焊循环沉积层可以容忍多少次热熔焊循环？？
我们的装配伙伴客户告诉我们任何PCB 的可能经受的大部分热循环实验的次数是5次。

因此我们做过测试6次热重熔操作的Sterling TM 银层的焊锡性和湿润性。

此外，6次重熔对沉积层的电性没有什么影响。

34.34.在成测中在成测中Sterling TM 银面可用做电测点吗？
Sterling TM 表面的导电性非常好，与电测设备配合很好。

有曾报道的案例，装配成测有断路是由于探针座套不良。

有一种想法是认为HASL 的表面比铜/银的要软。

能刺穿软的HASL 层的探针，在有电镀底铜的Sterling TM 面表现未必也一样。

安全起见，最好在需要做装配测试的地方涂上焊料。

35.35.装配可能有什么其它改变装配可能有什么其它改变装配可能有什么其它改变？？
Sterling 产品可以不改变装配的设备，以至可以生产多种最终表面处理的板子而不需改变任何的参数。