Immersion Silver

Šta je Immersion Silver

Immersion srebro je završna obrada površine koja se nalazi između organskih premaza i elektroless nikla/immersion zlata. Proces je jednostavan i brz. Čak i kada ploče budu izložene toploti, vlazi ili kontaminaciji, srebro zadržava dobru lemljivost. Međutim, sloj srebra može izgubiti sjaj. Immersion srebro nema mehaničku čvrstoću koju imaju elektroless nikl/immersion zlato. To je zato što ispod srebra nema sloja nikla.

Osnovne komponente srebrne kupke za imerziju i njihove uloge

Formula kupke za srebrnu galvanizaciju direktno određuje kvalitet sloja srebra. Glavne komponente uključuju srebrnu sol, kompleksni agens, regulator kiselosti i aditive. Ovi dijelovi zajedno djeluju na kontrolu brzine reakcije i oblika sloja srebra.

Srebrni sol

Srebrna so daje srebrne ione. Srebrni nitrat (AgNO₃) se obično koristi. Tipična koncentracija je 5–15 g/L. Ako je koncentracija preniska, sloj srebra je previše tanak (manje od 0,1 μm) i ne može dobro zaštititi bakar. Ako je koncentracija previsoka, reakcija može biti prejaka i srebro može rasti u obliku dendrita. To čini površinu hrapavom (hrapavost površine Ra > 0,5 μm).

Kompleksirajuće sredstvo

Uobičajeni kompleksatori su amonijak ili organski amini. Oni formiraju stabilan kompleks sa srebrnim jonima, na primjer [Ag(NH₃)₂]⁺. To smanjuje nivo slobodnih srebrnih jona i usporava reakciju. Molarni omjer kompleksirajućeg agensa i jonova srebra treba kontrolirati na otprilike 2:1 do 3:1. Ako je omjer previsok, brzina taloženja postaje prespora (manje od 0,05 μm/min). Ako je omjer prenizak, reakcija se ne može dobro kontrolirati i sloj srebra može imati sitne rupice.

Regulator kiseline

Mravlja kiselina ili octena kiselina se obično koriste za podešavanje pH kupke na oko 3,5–5,5. Ako je pH manji od 3,5, stabilnost kompleksa opada i pojavljuje se više slobodnih jonova srebra, pa reakcija postaje žestoka. Ako je pH veći od 5,5, joni bakra mogu formirati talog hidroksida bakra i kontaminirati sloj srebra. To može uzrokovati pojavu crnih mrlja.

Aditivi

Aditivi uključuju surfaktante (na primjer natrijev dodecilsulfat) i inhibitore korozije (na primjer benzotriazol). Surfaktanti smanjuju površinski napon otopine na ispod 30 mN/m i pomažu da se srebro ravnomjerno nanese, posebno unutar prolaznih rupa i na kutnim područjima. Inhibitori korozije suzbijaju prekomjerno otapanje bakra. Nivo bakrovih iona treba održavati ispod 2 g/L kako bi se izbjegle praznine u sloju srebra.

Koraci procesa srebrnog uranjanja

Postupak uranjanja u srebro ima tri glavna koraka: pred-potapanje, uranjanje i završno ispiranje u deioniziranoj vodi.

Pred-umakanje ima tri svrhe. Prvo, djeluje kao žrtveno otopina. Sprječava unošenje bakra i drugih nečistoća u kupku za uranjanje iz posude za mikro-izgriz. Drugo, osigurava čistu bakrenu površinu za reakciju istiskivanja. Bakrena površina u pred-umakanju dobija isto hemijsko okruženje i pH kao i kupka za uranjanje. Treće, budući da pred-umakanje ima istu sastav kao kupka za umakanje, osim metalnog srebra, ono automatski nadopunjuje kupku za umakanje. U reakciji umakanja jedini potrošeni materijal je metalno srebro. Organske tvari u kupki se mijenjaju samo zato što dio otopine izlazi sa pločama. Ako pred-kupka i otopina za uranjanje imaju istu sastavnicu, količina unesena iz pred-kupke jednaka je količini iznesenoj iz kupke za uranjanje. To sprječava nepotrebno nakupljanje organskih tvari u kupki za uranjanje.

Reakcija uranjanja odvija se kao reakcija zamjene između bakrenih i srebrnih iona. Ako se površina bakra mikro-izgradi pomoću AlphaSTAR mikro-izgrađujućeg otopina, dobije se bakrena površina na kojoj se pri kontrolisanoj brzini uranjanja može polako razviti ujednačen sloj srebra. Spora brzina uranjanja pomaže formiranju gusto kristalnih struktura i sprječava rast čestica koji nastaje brzim taloženjem i aglomeracijom. To rezultira slojem srebra visoke gustoće.

Ova gusta struktura, pri umjerenoj debljini od oko 6–12 µin (mikroinča), ne samo da pruža dobru otpornost na koroziju, već i vrlo dobru provodnost. Kupka za srebrenje je stabilna i ima dug vijek trajanja. Nije previše osjetljiva na svjetlost ili tragove halida.

Usporedba performansi: Immersion Silver vs. Immersion Gold (ENIG)

Ugrađeno zlato, koje je elektroless nikl s ugrađenim zlatom, česta je vrhunska površinska obrada PCB-a. Glavne razlike između ugrađenog zlata i ugrađenog srebra leže u performansama i cijeni.

Otpornost na koroziju

Nanosrebro se često koristi u potapanju, pri čemu se obično nanosi sloj nikla debljine 5–10 μm i sloj zlata debljine 0,05–0,1 μm. Sloj nikla izoluje bakar i pruža znatno bolju otpornost na koroziju od nanosrebra. Nakon 1000-satnog testa vlažne toplote, sloj nanosrebra pokazuje malo promjena, dok sloj nanosrebra može pokazati blagu oksidaciju. U vrlo vlažnim i zagađenim okruženjima, poput industrijske kontrole, nanosrebro pokazuje jasne prednosti u pouzdanosti. U normalnim okruženjima, kao što je potrošačka elektronika, uronjeno srebro može ispuniti zahtjeve. Rok trajanja performansi uronjenog srebra je stabilan oko 12 mjeseci pri normalnom skladištenju.

Performanse lemljenja

Srebro za uranjanje ima vlaženje (rasprostiranje) kalaja od oko 80–85%. To je nešto bolje od zlata za uranjanje sa 75–80% jer srebro ima veću afinitet prema kalaju. Ali čvrstoća kalajnog spoja kod zlata za uranjanje u prosjeku iznosi 6–7 N, što je više od srebra za uranjanje sa 5–6 N. To je zato što se sloj nikla bolje veže za bakar. Za sitne lemne spojeve (manje od 0,2 mm), ujednačenost srebrne uronjene tehnike može biti korisnija za štampanje paste za lemljenje. Za velike lemne spojeve (veće od 1 mm), zlato uronjene tehnike pokazuje bolju dugoročnu pouzdanost.

Trošak i proces

Srebro u uranjanju košta oko 50–60% zlata u uranjanju. To je uglavnom zato što soli zlata koštaju mnogo više od soli srebra. Srebro u uranjanju također zahtijeva manje koraka procesa jer nije potrebno niklirati. Učinkovitost proizvodnje je veća i vrijeme obrade jedne serije može biti oko 30% kraće. Ali zlato u uranjanju ima širi procesni prozor i bolje podnosi varijacije parametara. Za srebrnu imerziju potrebna je stroža kontrola sastava otopine. Na primjer, odstupanje koncentracije srebrovih jona treba biti manje od 1 g/L.

Mjere opreza pri radu sa hemijskim srebrom

Ispod su preporuke za rad i rukovanje za uranjanje u srebro.

1. Rješavanje preporuka

1. Na svakom koraku nakon tretmana srebrom, pri rukovanju pločama nosite čiste rukavice bez sumpora.

2. Kada pregledate ploče nakon posrebrenja, stavite ih na papir bez sumpora.

3. Izbjegavajte izlagati srebrni sloj sumporovim ili klorovim spojevima u svakoj fazi.

4. Srebrni sloj je tanak i lako se ogrebe. Ručajte ploče pažljivo.

2. Preporuke za probijanje i utubljenje

1. Proces srebrnjenja uranjanjem obično se postavlja kao kasni korak u proizvodnji PCB-a. Ne preporučuje se izvođenje srebrnjenja uranjanjem prije provlačenja ruta ili konačnog oblikovanja.

2. Nakon srebrne imerzije i prije izrezivanja, stavite papir bez sumpora između slojeva i između gornje i donje ploče kako biste spriječili ogrebotine.

3. Preporuke za čišćenje srebrnih ploča

1. Ne koristite surfaktante ili kisela sredstva za čišćenje na površini srebra.

2. Nemojte trljati srebrnu površinu nijednim gumicom.

3. Čistite srebrnu površinu samo čistom vodom ili elektrostatičkim metodama čišćenja.

4. Preporuke za pakovanje i skladištenje

1. Nakon što ploče napuste proizvodnu liniju, brzo ih premjestite u nekorozivno okruženje s kontrolom temperature i vlažnosti. Održavajte temperaturu skladištenja ispod 30 °C i relativnu vlažnost ispod 50%.

2. Nakon inspekcije, vakuumirajte daske što je prije moguće. Završite vakuumsko pakovanje u roku od 8 sati, a najkasnije u roku od 24 sata.

3. Opcije pakovanja:
   A. Spakujte 10–20 dasaka kao jednu jedinicu. Koristite papir bez sumpora i hlora između svake daske. Prekrijte vrh i dno s 2–3 lista papira bez sumpora. Vakumirajte. Ovo može održati daske do šest mjeseci.
   B. Spakujte 10–20 ploča kao jednu cjelinu bez papirnih razdjelnika. Gornja i donja ploča dodiruju se stranom za lemljenje s filmskom ambalažom. Ova metoda se može čuvati samo oko dva mjeseca. Koristite je samo uz prethodni dogovor s kupcem.

4. Nemojte stavljati sredstvo za sušenje u ambalažu za uranjanje srebra jer mnoga sredstva za sušenje sadrže sumpor.

5. Ne koristite ljepljivu traku, ljepljive naljepnice, tragove tinte ili gumene trake na srebrnim pločama za uranjanje ili na papiru bez sumpora. Ovi predmeti mogu sadržavati sumpora.

6. Odaberite vakuumske vrećice koje sprječavaju kontaminaciju i otporne su na prodor koncentrata i vlage.

7. Nakon vakuumskog pakovanja, čuvajte pakovanje na temperaturi ispod 30°C i relativnoj vlažnosti ispod 50%.

8. Nakon otvaranja vakuumskih paketa za sklapanje, nastojte završiti sklapanje u roku od jednog dana.

5. Preporuke za pečenje

1. Za iskrivljene ili savijene štampane pločice, ispeći i izravnati prije uranjanja u srebro.

2. Ako su ploče za uranjanje u srebro iskrivljene, ispeći ih i izravnati. Čvrsto umotajte ploče u aluminijsku foliju kako biste smanjili oksidaciju srebra tijekom pečenja.

3. Koristite namjensku pećnicu za pečenje. Ako nije dostupna namjenska pećnica, temeljito očistite pećnicu kako biste izbjegli kontaminaciju srebrne površine.

6. Preporuke za rukovanje pločom za testiranje

1. Prilikom uzimanja testnih ploča nakon srebrnjenja nosite čiste rukavice bez sumpora.

2. Postavite immersion silver kao korak u kasnoj fazi proizvodnje PCB-a.

3. Umotajte svaku ploču za posrebrenje u dva lista aluminijske folije iste veličine, a zatim vakuumirajte.

7. Testiranje materijala i pakovanja bez sumpora

1. Papir bez sumpora, rukavice bez sumpora i filmska folija za pakovanje trebaju provjeru površinskih elemenata. Koristite EDX pri uvećanju 100× i dvostranskom skeniranju.

8. Bilješke o proizvodnji srebrnih ploča za uranjanje

1. Ako ostanu ostaci iz ranijih koraka (zelena maska za lemljenje, preostali film itd.), oni mogu uzrokovati probleme s izloženim bakrom.

2. Ako postoje ostaci, uklonite ih ili spriječite prije uranjanja u srebro. Predtretman prije uranjanja u srebro ne može uvijek ukloniti ostatke na pločicama.

3. Po prijemu vizuelno pregledajte ploče za uranjanje u srebro. Ako se pronađe mnogo izloženih bakrenih tačaka ili promjena boje srebrne površine, zaustavite proizvodnju za tu serijsku brojku i postupite dalje. Ovo sprječava stvaranje velikog otpada od opsežnog izloženog bakra.

9. Zahtjevi za deioniziranu vodu

1. Kvalitet vode za ispiranje nakon srebrnog uranjanja direktno utiče na ionsku čistoću gotove ploče. Stoga dodajte mjerač provodljivosti u fazu ispiranja nakon srebrnog uranjanja.

2. Prije dopunjavanja bilo kojih uranjajućih posuda za srebro, provjerite kvalitetu vode. Osoblje ne smije napuštati mjesto dok dodaje vodu.

3. Zahtjevi za kvalitetu vode za uronjene srebrne linije:

   • S.S (zadržane čvrste tvari): ispod 5 PPM

   • T.D.S (ukupno otopljenih čvrstih tvari): ispod 10 PPM

   • Ukupna tvrdoća: ispod 20 ppm

   • Nema detektabilnih metalnih iona

   • Nijedan detektabilni kloridni jon

   • Provodljivost ispod 10 μS

10. Hemijska sredstva

1. Dodajte hemikalije u svaki bazen za uranjanje srebra koristeći namjenske mjerne čaše kako biste spriječili unakrsnu kontaminaciju.

11. Preporuke za preradu

1. Ponovni rad u procesu srebrnjenja je dozvoljen samo jednom. Zabilježite i potpuno pregledajte ponovno obrađene ploče.

Ovo je blago alkalni proces uranjanja srebra. Prvenstveno je osmišljen za rješavanje galvanskog efekta na finim PCB linijama.

Kako predtretman utječe na kvalitetu srebrnog sloja

Kvalitet predtretmana bakra na PCB-u je osnova za ujednačen sloj srebra. Koraci poput odmašćivanja, mikro-izgrizanja i kiselog pranja osiguravaju da je bakar čist i aktiviran.

Odmašćivanje

Koristite alkalni odmašćivač (pH 10–12) za uklanjanje ulja i prljavštine s bakra, poput otisaka prstiju i reznih tečnosti. Tipična temperatura je 50–60 °C, a vrijeme 1–2 minute. Ako odmašćivanje nije potpuno, sloj srebra se možda neće taložiti na nekim mjestima, što dovodi do izloženih bakrenih tačaka. Možete provjeriti testom vodene filmske površine. Nakon odmašćivanja, vodeni film bi trebao ostati neprekinut najmanje 30 sekundi.

Mikro-matiranje

Koristite natrijev persulfat ili sistem sumporne kiseline i vodikovog peroksida za mikro-izgriz bakra. Ovo uklanja okside i stvara mikroskopsku hrapavost (Ra 0,1–0,3 μm). Kontrolirajte uklanjanje mikro-žarenjem na 0,5–1 μm. Ako je mikro-žarenje nedovoljno i oksid ostane, smanjuje se čvrstoća vezanja srebrenog sloja (čvrstoća ljuštenja < 0,5 N/cm). Ako je mikro-žarenje previše duboko (više od 1,5 μm), bakar postaje previše hrapav i srebreni sloj može zadržati nečistoće i smanjiti pouzdanost lemljenja.

Kiselinsko pranje

Nakon mikro-žarenja neutralizirajte preostali otop za žarenje 5–10% sumporne kiseline 30–60 sekundi. Provjerite da pH bakrene površine bude manji od 4. Ako ispiranje kiseline nije dovoljno, preostali oksidansi (poput persulfata) mogu kontaminirati kupku za uranjanje i uzrokovati da se srebrni sloj pretvori u crni zbog oksidacije srebra.