Nedsænket sølv

Hvad er Immersion Silver?

Nedsænket sølv er en overfladefinish, der ligger mellem organiske belægninger og kemisk nikkel/ nedsænket guld. Processen er enkel og hurtig. Selv når pladerne udsættes for varme, fugtighed eller forurening, bevarer sølvet sin gode loddeevne. Sølvlaget kan dog miste sin glans. Sænksølv har ikke den fysiske styrke, som kemisk nikkel/dybsølv har. Det skyldes, at der ikke er noget nikkellag under sølvet.

Kernekomponenterne i sølvbadet og deres roller

Formlen på sølvdypbadet er direkte afgørende for sølvlagets kvalitet. Hovedkomponenterne omfatter sølvsalt, kompleksdanner, syreregulator og tilsætningsstoffer. Disse dele arbejder sammen om at kontrollere reaktionshastigheden og sølvlagets form.

Sølvsalt

Sølvsalt giver sølvioner. Sølvnitrat (AgNO₃) er almindeligt anvendt. Den typiske koncentration er 5-15 g/L. Hvis koncentrationen er for lav, er sølvlaget for tyndt (mindre end 0,1 μm) og kan ikke beskytte kobberet godt. Hvis koncentrationen er for høj, kan reaktionen være for stærk, og sølvet kan vokse som dendritter. Det gør overfladen ru (overfladeruhed Ra > 0,5 μm).

Kompleksdannende middel

Almindelige kompleksdannere er ammoniak eller organiske aminer. De danner et stabilt kompleks med sølvioner, for eksempel [Ag(NH₃)₂]⁺. Det sænker niveauet af frie sølvioner og bremser reaktionen. Det molare forhold mellem kompleksdannere og sølvioner bør kontrolleres på ca. 2:1 til 3:1. Hvis forholdet er for højt, bliver deponeringshastigheden for langsom (mindre end 0,05 μm/min). Hvis forholdet er for lavt, kan reaktionen ikke kontrolleres godt, og sølvlaget kan have pinholes.

Syre-regulator

Myresyre eller eddikesyre bruges ofte til at indstille badets pH-værdi til ca. 3,5-5,5. Hvis pH er mindre end 3,5, falder kompleksets stabilitet, og der kommer flere frie sølvioner, så reaktionen bliver voldsom. Hvis pH er mere end 5,5, kan kobberioner danne kobberhydroxidudfældning og forurene sølvlaget. Det kan give sorte pletter.

Tilsætningsstoffer

Tilsætningsstoffer omfatter overfladeaktive stoffer (f.eks. natriumdodecylsulfat) og korrosionsinhibitorer (f.eks. benzotriazol). Overfladeaktive stoffer reducerer opløsningens overfladespænding til under 30 mN/m og hjælper sølvet med at dække jævnt, især inde i via-huller og i hjørneområder. Korrosionsinhibitorer undertrykker overdreven kobberopløsning. Kobberionniveauet skal holdes under 2 g/L for at undgå hulrum i sølvlaget.

Trin i nedsænkningssølvprocessen

Nedsænkningssølv har tre hovedtrin: fordybning, nedsænkning og afsluttende skylning med afioniseret vand.

Et pre-dip har tre formål. For det første fungerer det som en offeropløsning. Den forhindrer kobber og andre forurenende stoffer i at blive ført ind i nedsænkningsbadet fra mikroætsetanken. For det andet giver det en ren kobberoverflade til fortrængningsreaktionen. Kobberoverfladen i pre-dip får det samme kemiske miljø og pH-værdi som nedsænkningsbadet. For det tredje, fordi pre-dip har samme sammensætning som nedsænkningsbadet bortset fra metallisk sølv, udgør det automatisk nedsænkningsbeholderen. I nedsænkningsreaktionen er det eneste materiale, der forbruges, metallisk sølv. De organiske dele i badet ændrer sig kun, fordi en del af opløsningen sker via pladerne. Hvis pre-dip og immersionsopløsningen har samme sammensætning, er den mængde, der føres ind i pre-dip, lig med den mængde, der føres ud i immersionsbadet. Dette forhindrer unødvendig ophobning af organiske stoffer i nedsænkningsbadet.

Nedsænkningsreaktionen sker ved en forskydningsreaktion mellem kobber- og sølvioner. Hvis kobberoverfladen mikroætses med en AlphaSTAR-mikroætseløsning, er resultatet en kobberoverflade, der langsomt kan udvikle et ensartet sølvlag under en kontrolleret nedsænkningshastighed. En langsom nedsænkningshastighed hjælper med at danne tætte krystalstrukturer og undgår partikelvækst, der kommer fra hurtig udfældning og agglomerering. Det giver et sølvlag med høj densitet.

Denne tætte struktur med en moderat tykkelse på ca. 6-12 µin (mikrotommer) giver ikke kun god korrosionsbestandighed, men også meget god ledningsevne. Nedsænknings-sølvbadet er stabilt og har en lang levetid. Det er ikke særlig følsomt over for lys eller sporhalogenider.

Sammenligning af ydeevne: Immersion Silver vs. Immersion Gold (ENIG)

Immersionsguld, som er kemisk nikkel med immersionsguld, er en almindelig high-end PCB-overfladebehandling. De vigtigste forskelle mellem nedsænket guld og nedsænket sølv ligger i ydeevne og pris.

Modstandsdygtighed over for korrosion

En stak af dyppeguld består ofte af et nikkellag på 5-10 μm plus et guldlag på 0,05-0,1 μm. Nikkellaget isolerer kobberet og giver meget bedre korrosionsbestandighed end dyppesølv. Efter en 1000-timers test med fugtig varme viser guldlaget kun små ændringer, mens sølvlaget kan udvise en let oxidering. I meget fugtige og forurenede miljøer, som f.eks. industrikontrol, viser guldinddampning klare fordele med hensyn til pålidelighed. I normale miljøer, som f.eks. forbrugerelektronik, kan sølvet opfylde kravene. Holdbarheden for dyksølv er stabil i ca. 12 måneder under normal opbevaring.

Loddeevne

Nedsænkningssølv har en loddebefugtning (spredning) på ca. 80-85%. Det er lidt bedre end dybsølv på 75-80%, fordi sølv har større affinitet til loddetin. Men loddesamlingens styrke for dyppeguld er i gennemsnit 6-7 N, hvilket er højere end dyppesølv på 5-6 N. Det skyldes, at nikkellaget binder bedre til kobber. Til fine loddefuger (mindre end 0,2 mm) kan ensartetheden af dyksølv være mere nyttig til udskrivning af loddepasta. Til store loddefuger (større end 1 mm) viser dyppeguld bedre langsigtet pålidelighed.

Omkostninger og proces

Nedsænket sølv koster ca. 50-60% af nedsænket guld. Det skyldes primært, at guldsalte koster meget mere end sølvsalte. Nedsænket sølv kræver også færre procestrin, fordi man ikke behøver at plettere nikkel. Produktionseffektiviteten er højere, og behandlingstiden for en enkelt batch kan være ca. 30% kortere. Men nedsænkningsguld har et bredere procesvindue og tåler bedre parametervariation. Nedsænket sølv kræver strengere kontrol af opløsningens sammensætning. For eksempel bør afvigelsen i sølvionkoncentrationen være mindre end 1 g/L.

Forholdsregler ved brug af kemisk sølv

Nedenfor er der anbefalinger for betjening og håndtering af dykkersølv.

1. Anbefalinger for håndtering

1. Brug altid rene, svovlfrie handsker, når du håndterer pladerne efter sølvbehandlingen.

2. Når du inspicerer pladerne efter nedsænkning i sølv, skal du lægge dem på svovlfrit papir.

3. Undgå at udsætte sølvlaget for svovl- eller klorforbindelser i alle faser.

4. Sølvlaget er tyndt og kan let blive ridset. Håndter pladerne forsigtigt.

2. Anbefalinger til stansning og fræsning

1. Forsølvningsprocessen sættes normalt ind som et sent trin i printkortproduktionen. Det anbefales ikke at udføre forsølvning før routing eller endelig formgivning.

2. Efter nedsænkning af sølv og før fræsning lægges svovlfrit papir mellem lagene og mellem top- og bundplader for at forhindre ridser.

3. Anbefalinger for rengøring af forsølvede plader

1. Brug ikke overfladeaktive stoffer eller sure rengøringsmidler på sølvoverfladen.

2. Gnid ikke sølvoverfladen med et viskelæder.

3. Rengør kun sølvoverfladen med rent vand eller ved hjælp af elektrostatiske rengøringsmetoder.

4. Anbefalinger for emballering og opbevaring

1. Når pladerne kommer af linjen, skal de hurtigt flyttes til et ikke-ætsende miljø med temperatur- og fugtighedskontrol. Hold opbevaringstemperaturen under 30°C og den relative luftfugtighed under 50%.

2. Efter inspektion vakuumforsegles pladerne så hurtigt som muligt. Afslut vakuumpakningen inden for 8 timer og ikke mere end 24 timer.

3. Indpakningsmuligheder:
   A. Pak 10-20 brædder som en enhed. Brug svovl- og klorfrit papir mellem hvert bræt. Dæk top og bund med 2-3 ark svovlfrit papir. Vakuumforsegl. Dette kan holde brædderne i op til seks måneder.
   B. Pak 10-20 kort som en enhed uden papiradskillere. De øverste og nederste plader berører loddesiden på emballagefilmen. Denne metode kan kun opbevares i ca. 2 måneder. Brug kun denne metode efter aftale med kunden.

4. Læg ikke tørremiddel i sølvemballage, fordi mange tørremidler indeholder svovl.

5. Brug ikke selvklæbende tape, klistermærker, blækmærker eller elastikker på sølvplader eller på svovlfrit papir. Disse ting kan indeholde svovl.

6. Vælg vakuumposer, der forhindrer kontaminering og modstår koncentration og fugtindtrængning.

7. Efter vakuumpakning skal pakken opbevares ved en temperatur på under 30 °C og en relativ luftfugtighed på under 50%.

8. Når du har åbnet vakuumpakkerne til montering, skal du tilstræbe at afslutte monteringen inden for en dag.

5. Anbefalinger til bagning

1. Hvis printpladerne er skæve eller bøjede, skal de bages og gøres flade, før de forsølves.

2. Hvis dykkersølvpladerne er skæve, skal de bages og gøres flade. Pak pladerne tæt ind i aluminiumsfolie for at reducere sølvets oxidering under bagningen.

3. Brug en dedikeret ovn til bagning. Hvis der ikke er en dedikeret ovn til rådighed, skal du rengøre ovnen grundigt for at undgå forurening af sølvoverfladen.

6. Anbefalinger til håndtering af testkort

1. Brug rene, svovlfri handsker, når du tager testplader ud efter nedsænkning i sølv.

2. Placer dyppesølv som et sent trin i printkortproduktionen.

3. Pak hvert forsølvningsbræt ind i to ark aluminiumsfolie i samme størrelse, og vakuumpak derefter.

7. Test af svovlfrie materialer og emballage

1. Svovlfrit papir, svovlfrie handsker og emballagefilm skal kontrolleres for overfladeelementer. Brug EDX ved 100× og dobbeltsidet scanning.

8. Produktionsnoter for dyppelsekretskort

1. Hvis der er rester fra tidligere trin (grøn loddemaske, restfilm osv.), kan de forårsage problemer med eksponeret kobber.

2. Hvis der er rester, skal de fjernes eller forebygges inden nedsænkning af sølv. Forbehandling før nedsænkning af sølv kan ikke altid fjerne rester på puder.

3. Ved modtagelsen skal du inspicere sølvpladerne visuelt. Hvis der findes mange blottede kobberpunkter eller misfarvning af sølvoverfladen, skal du stoppe produktionen for det pågældende lotnummer og håndtere det. Dette forhindrer stort skrot fra eksponeret kobber i stor skala.

9. Krav til deioniseret vand

1. Kvaliteten af skyllevandet efter nedsænkning af sølv har direkte indflydelse på den færdige plades ionrenhed. Tilføj derfor en ledningsevnemåler til skylletrinnet efter nedsænkning af sølv.

2. Kontrollér vandkvaliteten, før du fylder dykkersølvtanke op. Personalet må ikke forlade stedet, når der fyldes vand på.

3. Krav til vandkvalitet for sølvlinjer til nedsænkning:

   • S.S (suspenderede stoffer): under 5 PPM

   • T.D.S (totalt opløste stoffer): under 10 PPM

   • Total hårdhed: under 20 PPM

   • Ingen påviselige metalioner

   • Ingen påviselig kloridion

   • Ledningsevne under 10 μS

10. Kemiske tilsætninger

1. Tilsæt kemikalier i hver dyksølvbeholder ved hjælp af dedikerede målebægre for at forhindre krydskontaminering.

11. Anbefalinger til omarbejdning

1. Rework i sølvsænkningsprocessen er kun tilladt én gang. Registrer og inspicér omarbejdede plader fuldt ud.

Dette er den svagt alkaliske nedsænkningssølvproces. Den er hovedsageligt designet til at løse den galvaniske effekt på fine PCB-linjer.

Hvordan forbehandling påvirker sølvlagets kvalitet

Kvaliteten af forbehandlingen af PCB-kobberet er grundlaget for et ensartet sølvlag. Trin som affedtning, mikroætsning og syrevask sikrer, at kobberet er rent og aktiveret.

Affedtning

Brug et alkalisk affedtningsmiddel (pH 10-12) til at fjerne olie og snavs fra kobber, f.eks. fingeraftryk og skærevæske. Typisk temperatur er 50-60 °C, og tiden er 1-2 minutter. Hvis affedtningen ikke er fuldstændig, aflejres sølvlaget muligvis ikke nogle steder, hvilket forårsager udsatte kobberpunkter. Det kan du tjekke ved hjælp af vandfilmstesten. Efter affedtning skal vandfilmen være kontinuerlig i mindst 30 sekunder.

Mikro-ætsning

Brug natriumpersulfat eller et system med svovlsyre og hydrogenperoxid til at mikroætser kobberet. Dette fjerner oxider og skaber en mikroskopisk ruhed (Ra 0,1-0,3 μm). Kontroller fjernelse af mikroætsning ved 0,5-1 μm. Hvis mikroætsningen er utilstrækkelig, og der er oxid tilbage, falder sølvlagets bindingsstyrke (afskalningsstyrke < 0,5 N/cm). Hvis mikroætsningen er for dyb (mere end 1,5 μm), bliver kobberet for groft, og sølvlaget kan fange forureninger og sænke loddepålideligheden.

Syrevask

Efter mikroætsning neutraliseres resterende ætsemiddel med 5-10% svovlsyre i 30-60 sekunder. Sørg for, at kobberoverfladens pH-værdi er mindre end 4. Hvis syrevask ikke er nok, kan resterende oxidanter (som persulfat) forurene nedsænkningsbadet og få sølvlaget til at blive sort på grund af sølvoxidation.