Ponoření do stříbra

Co je ponorné stříbro

Ponorné stříbro je povrchová úprava, která se nachází mezi organickými povlaky a elektrolytickým niklem/ponorným zlatem. Proces je jednoduchý a rychlý. I když jsou desky vystaveny teplu, vlhkosti nebo znečištění, stříbro si zachovává dobrou pájecí schopnost. Vrstva stříbra však může ztrácet lesk. Ponorné stříbro nemá takovou fyzikální pevnost jako elektrolytický nikl/ponorné zlato. Je to proto, že pod stříbrem není žádná vrstva niklu.

Základní součásti ponorné stříbrné lázně a jejich role

Složení imerzní stříbrné lázně přímo rozhoduje o kvalitě stříbrné vrstvy. Mezi hlavní složky patří stříbrná sůl, komplexotvorné činidlo, regulátor kyselosti a přísady. Tyto složky společně řídí rychlost reakce a tvar stříbrné vrstvy.

Stříbrná sůl

Stříbrná sůl poskytuje stříbrné ionty. Běžně se používá dusičnan stříbrný (AgNO₃). Obvyklá koncentrace je 5-15 g/l. Pokud je koncentrace příliš nízká, je vrstva stříbra příliš tenká (méně než 0,1 μm) a nemůže měď dobře chránit. Pokud je koncentrace příliš vysoká, reakce může být příliš silná a stříbro může růst ve formě dendritů. To způsobuje, že povrch je drsný (drsnost povrchu Ra > 0,5 μm).

Komplexační činidlo

Obvyklými komplexory jsou amoniak nebo organické aminy. Ty tvoří stabilní komplex s ionty stříbra, například [Ag(NH₃)₂]⁺. Tím se sníží hladina volných iontů stříbra a reakce se zpomalí. Molární poměr komplexotvorného činidla a stříbrného iontu by měl být kontrolován na přibližně 2:1 až 3:1. Pokud je poměr příliš vysoký, rychlost depozice je příliš pomalá (méně než 0,05 μm/min). Pokud je poměr příliš nízký, reakci nelze dobře kontrolovat a ve vrstvě stříbra se mohou objevit dírky.

Regulátor kyselin

Pro nastavení pH lázně na přibližně 3,5-5,5 se běžně používá kyselina mravenčí nebo kyselina octová. Pokud je pH nižší než 3,5, klesá stabilita komplexu a objevuje se více volných stříbrných iontů, takže reakce se stává bouřlivou. Je-li pH vyšší než 5,5, mohou ionty mědi tvořit sraženinu hydroxidu měďnatého a kontaminovat vrstvu stříbra. To může způsobit vznik černých skvrn.

Přídatné látky

Mezi přísady patří povrchově aktivní látky (např. dodecylsulfát sodný) a inhibitory koroze (např. benzotriazol). Povrchově aktivní látky snižují povrchové napětí roztoku pod 30 mN/m a napomáhají rovnoměrnému pokrytí stříbra, zejména uvnitř průchozích otvorů a v rohových oblastech. Inhibitory koroze potlačují nadměrné rozpouštění mědi. Hladina měďnatých iontů by měla být udržována pod 2 g/l, aby se zabránilo vzniku dutin ve vrstvě stříbra.

Kroky procesu ponoření do stříbra

Ponorné stříbro má tři hlavní kroky: před ponořením, ponoření a závěrečné opláchnutí deionizovanou vodou.

Předběžná prohlídka má tři účely. Zaprvé slouží jako obětní roztok. Zabraňuje tomu, aby se měď a další nečistoty dostaly do ponorné lázně z mikroleptací nádrže. Za druhé poskytuje čistý měděný povrch pro vytěsňovací reakci. Povrch mědi v předmáčecí lázni získává stejné chemické prostředí a pH jako ponorná lázeň. Za třetí, protože předmáčení má stejné složení jako ponorná lázeň s výjimkou kovového stříbra, automaticky tvoří ponornou nádrž. Při imerzní reakci je jediným spotřebovaným materiálem kovové stříbro. Organické části v lázni se mění pouze proto, že některé roztoky jsou vynášeny deskami. Pokud mají předmáčení a imerzní roztok stejné složení, množství přenesené předmáčením se rovná množství přenesenému imerzní lázní. Tím se zabrání zbytečnému hromadění organických látek v ponorné lázni.

Imerzní reakce probíhá vytěsňovací reakcí mezi ionty mědi a stříbra. Pokud je měděný povrch mikroleptán roztokem mikroleptadla AlphaSTAR, výsledkem je měděný povrch, na kterém se při řízené rychlosti ponoření může pomalu vytvářet rovnoměrná vrstva stříbra. Pomalá rychlost ponořování pomáhá vytvářet husté krystalické struktury a zabraňuje růstu částic, který vzniká při rychlém srážení a aglomeraci. To vede k vytvoření vrstvy stříbra s vysokou hustotou.

Tato hustá struktura při střední tloušťce přibližně 6-12 µin (mikroin) poskytuje nejen dobrou odolnost proti korozi, ale také velmi dobrou vodivost. Ponorná stříbrná lázeň je stabilní a má dlouhou životnost. Není příliš citlivá na světlo ani na stopové množství halogenidů.

Srovnání výkonu: Immersion Silver vs. Immersion Gold (ENIG)

Ponorné zlato, což je elektrolytický nikl s ponořeným zlatem, je běžná špičková povrchová úprava desek plošných spojů. Hlavní rozdíly mezi imerzním zlatem a imerzním stříbrem spočívají ve výkonu a ceně.

Odolnost proti korozi

V imerzním zlatém zásobníku se často používá vrstva niklu o tloušťce 5-10 μm a vrstva zlata o tloušťce 0,05-0,1 μm. Niklová vrstva izoluje měď a poskytuje mnohem lepší odolnost proti korozi než imerzní stříbro. Po 1000hodinové zkoušce vlhkým teplem vykazuje vrstva imerzního zlata jen malé změny, zatímco vrstva imerzního stříbra může vykazovat mírnou oxidaci. Ve velmi vlhkém a znečištěném prostředí, jako je průmyslová kontrola, vykazuje imerzní zlato jasné výhody ve spolehlivosti. V běžných prostředích, jako je spotřební elektronika, může ponorné stříbro splňovat požadavky. Skladovatelnost imerzního stříbra je při běžném skladování stabilní po dobu přibližně 12 měsíců.

Pájecí výkon

Ponorné stříbro má smáčivost (rozptyl) pájky přibližně 80-85%. To je o něco lepší než u imerzního zlata 75-80%, protože stříbro má vyšší afinitu k pájce. Pevnost pájecího spoje imerzního zlata je však v průměru 6-7 N, což je více než u imerzního stříbra, které má pevnost 5-6 N. Je to proto, že vrstva niklu se lépe váže s mědí. U pájecích spojů s jemnou roztečí (menší než 0,2 mm) může být pro tisk pájecí pasty užitečnější rovnoměrnost imerzního stříbra. Pro velké pájecí spoje (větší než 1 mm) vykazuje imerzní zlato lepší dlouhodobou spolehlivost.

Náklady a proces

Ponorné stříbro stojí přibližně 50-60% ponorného zlata. Je to především proto, že soli zlata stojí mnohem více než soli stříbra. Ponorné stříbro také potřebuje méně procesních kroků, protože není třeba pokovovat nikl. Efektivita výroby je vyšší a doba zpracování jedné dávky může být přibližně o 30% kratší. Imerzní zlato má však širší procesní okno a lépe snáší kolísání parametrů. Ponorné stříbro vyžaduje přísnější kontrolu složení roztoku. Například odchylka koncentrace iontů stříbra by měla být menší než 1 g/l.

Bezpečnostní opatření pro provoz chemického stříbra

Níže jsou uvedena doporučení pro provoz a manipulaci s ponorným stříbrem.

1. Doporučení pro manipulaci

1. V každém kroku po ošetření ponořením do stříbra používejte při manipulaci s deskami čisté rukavice bez obsahu síry.

2. Při kontrole desek po ponoření do stříbra je položte na papír bez obsahu síry.

3. V každé fázi se vyvarujte vystavení vrstvy stříbra působení sloučenin síry nebo chlóru.

4. Stříbrná vrstva je tenká a může se snadno poškrábat. S deskami zacházejte opatrně.

2. Doporučení pro děrování a frézování

1. Proces ponoření do stříbra je obvykle nastaven jako pozdní krok při výrobě desek plošných spojů. Nedoporučuje se provádět ponorné stříbření před frézováním nebo finálním tvarováním.

2. Po ponoření stříbra a před frézováním vložte mezi vrstvy a mezi horní a spodní desku papír bez obsahu síry, abyste zabránili poškrábání.

3. Doporučení pro čištění postříbřených desek

1. Na stříbrný povrch nepoužívejte povrchově aktivní látky ani kyselé čisticí prostředky.

2. Neotírejte stříbrný povrch žádnou gumou.

3. Stříbrný povrch čistěte pouze čistou vodou nebo elektrostatickými čisticími metodami.

4. Doporučení pro balení a skladování

1. Po sundání desek z linky je rychle přemístěte do nekorodujícího prostředí s regulovanou teplotou a vlhkostí. Udržujte skladovací teplotu pod 30 °C a relativní vlhkost pod 50%.

2. Po kontrole desky co nejdříve vakuově uzavřete. Vakuové balení dokončete do 8 hodin a ne déle než 24 hodin.

3. Možnosti balení:
   A. Zabalte 10-20 desek jako celek. Mezi jednotlivými deskami použijte papír bez obsahu síry a chloru. Horní a dolní část zakryjte 2-3 listy papíru bez obsahu síry. Vakuově uzavřete. Takto lze desky uchovávat až šest měsíců.
   B. Balte 10-20 desek jako celek bez papírových oddělovačů. Horní a spodní desky se dotýkají pájecí stranou obalové fólie. Tento způsob lze skladovat pouze po dobu asi 2 měsíců. Používejte ji pouze po dohodě se zákazníkem.

4. Nevkládejte vysoušedlo do ponorného stříbrného obalu, protože mnoho vysoušedel obsahuje síru.

5. Nepoužívejte lepicí pásky, lepicí štítky, inkoustové značky ani gumičky na imerzní stříbrné desky nebo na papír bez obsahu síry. Tyto předměty mohou obsahovat síru.

6. Vybírejte vakuové sáčky, které zabraňují kontaminaci a odolávají koncentraci a vnikání vlhkosti.

7. Po vakuovém zabalení skladujte obal při teplotě nižší než 30 °C a relativní vlhkosti nižší než 50%.

8. Po otevření vakuových obalů pro montáž se snažte dokončit montáž do jednoho dne.

5. Doporučení pro pečení

1. U pokřivených nebo ohnutých desek plošných spojů proveďte před ponořením do stříbra zapékání a vyrovnání.

2. Pokud jsou ponorné stříbrné desky pokřivené, proveďte jejich vypálení a vyrovnání. Desky pevně zabalte do hliníkové fólie, abyste snížili oxidaci stříbra během pečení.

3. K pečení používejte speciální troubu. Pokud nemáte k dispozici speciální troubu, pečlivě ji vyčistěte, abyste zabránili znečištění povrchu stříbrem.

6. Doporučení pro manipulaci se zkušební deskou

1. Při odběru zkušebních desek po ponoření do stříbra používejte čisté rukavice bez obsahu síry.

2. Umístěte ponorné stříbro jako pozdní fázi výroby desek plošných spojů.

3. Každou ponornou stříbrnou desku zabalte do dvou plátů hliníkové fólie stejné velikosti a poté vakuově zabalte.

7. Testování bezsirných materiálů a obalů

1. Bezsirný papír, bezsirné rukavice a obalové fólie vyžadují kontrolu povrchových prvků. Použijte EDX při 100× a oboustranné skenování.

8. Výrobní poznámky k ponorným stříbrným deskám

1. Pokud zůstanou zbytky z dřívějších kroků (zelená pájecí maska, zbytky filmu atd.), mohou způsobit problémy s obnaženou mědí.

2. V případě výskytu zbytků je před ponořením do stříbra odstraňte nebo jim zabraňte. Předběžná úprava před ponořením do stříbra nemůže vždy odstranit zbytky na podložkách.

3. Při příjmu vizuálně zkontrolujte ponorné stříbrné desky. Pokud zjistíte mnoho obnažených měděných bodů nebo změnu barvy povrchu stříbra, zastavte výrobu pro dané číslo šarže a manipulujte s ní. Tím se zabrání vzniku velkého zmetku z velkoplošně obnažené mědi.

9. Požadavky na deionizovanou vodu

1. Kvalita oplachové vody po ponoření stříbra přímo ovlivňuje iontovou čistotu hotové desky. Proto do fáze oplachování po ponoření stříbra přidejte měřič vodivosti.

2. Před doplňováním vody do ponorných stříbrných nádrží se přesvědčte o kvalitě vody. Personál nesmí při doplňování vody odcházet.

3. Požadavky na kvalitu vody pro ponorné stříbrné linky:

   • S.S (suspendované částice): pod 5 PPM

   • T.D.S (celkový obsah rozpuštěných pevných látek): pod 10 PPM

   • Celková tvrdost: pod 20 PPM

   • Žádné detekovatelné ionty kovů

   • Žádné detekovatelné chloridové ionty

   • Vodivost pod 10 μS

10. Chemické přídavky

1. Do každé ponorné stříbrné nádrže přidávejte chemikálie pomocí speciálních odměrných nádobek, abyste zabránili křížové kontaminaci.

11. Doporučení pro přepracování

1. Přepracování v procesu ponoření do stříbra je povoleno pouze jednou. Zaznamenejte a plně zkontrolujte přepracované desky.

Jedná se o slabě alkalický imerzní proces stříbra. Je určen především k řešení galvanického efektu na jemných linkách desek plošných spojů.

Jak předúprava ovlivňuje kvalitu stříbrné vrstvy

Kvalita předúpravy mědi na desce plošných spojů je základem pro rovnoměrnou vrstvu stříbra. Kroky jako odmaštění, mikroleptání a mytí kyselinou zajišťují, že měď je čistá a aktivovaná.

Odmašťování

K odstranění oleje a nečistot z mědi, jako jsou otisky prstů a řezná kapalina, použijte alkalický odmašťovač (pH 10-12). Obvyklá teplota je 50-60 °C a čas 1-2 minuty. Pokud není odmaštění úplné, nemusí se na některých místech vrstva stříbra usadit, což způsobí obnažené měděné body. Můžete to zkontrolovat pomocí testu vodního filmu. Po odmaštění by měl vodní film zůstat souvislý po dobu nejméně 30 sekund.

Mikroleptání

K mikroleptání mědi použijte persíran sodný nebo systém kyselina sírová + peroxid vodíku. Tím se odstraní oxidy a vytvoří mikroskopická drsnost (Ra 0,1-0,3 μm). Odstranění mikroleptů kontrolujte na 0,5-1 μm. Pokud je mikroleptání nedostatečné a zůstávají oxidy, klesá pevnost vazby stříbrné vrstvy (pevnost v odlupování < 0,5 N/cm). Pokud je mikrolept příliš hluboký (více než 1,5 μm), měď je příliš drsná a stříbrná vrstva může zachycovat nečistoty a snižovat spolehlivost pájení.

Praní v kyselině

Po mikroleptání neutralizujte zbytky leptadla pomocí kyseliny sírové 5-10% po dobu 30-60 sekund. Ujistěte se, že pH měděného povrchu je nižší než 4. Pokud promývání kyselinou není dostatečné, mohou zbytkové oxidanty (např. persíran) kontaminovat imerzní lázeň a způsobit, že vrstva stříbra zčerná v důsledku oxidace stříbra.