Ασημένια εμβάπτιση

Τι είναι το Immersion Silver

Το ασήμι βύθισης είναι ένα φινίρισμα επιφάνειας που βρίσκεται μεταξύ των οργανικών επιστρώσεων και του νικελίου χωρίς ηλεκτρόλυση/χρυσού βύθισης. Η διαδικασία είναι απλή και γρήγορη. Ακόμη και όταν οι πλακέτες βλέπουν θερμότητα, υγρασία ή μόλυνση, ο άργυρος διατηρεί καλή συγκολλησιμότητα. Το ασημένιο στρώμα μπορεί όμως να χάσει τη λάμψη του. Ο άργυρος εμβάπτισης δεν έχει τη φυσική αντοχή που έχει το ηλεκτρολυτικό νικέλιο/χρυσός εμβάπτισης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι δεν υπάρχει στρώμα νικελίου κάτω από τον άργυρο.

Βασικά συστατικά του λουτρού αργύρου εμβάπτισης και οι ρόλοι τους

Ο τύπος του λουτρού αργύρου εμβάπτισης καθορίζει άμεσα την ποιότητα του στρώματος αργύρου. Τα κύρια συστατικά περιλαμβάνουν άλας αργύρου, συμπλοκοποιητή, ρυθμιστή οξέος και πρόσθετα. Αυτά τα μέρη συνεργάζονται για τον έλεγχο του ρυθμού αντίδρασης και του σχήματος του στρώματος αργύρου.

Ασημένιο αλάτι

Το άλας αργύρου δίνει τα ιόντα αργύρου. Το νιτρικό άλας αργύρου (AgNO₃) χρησιμοποιείται συνήθως. Η τυπική συγκέντρωση είναι 5-15 g/L. Εάν η συγκέντρωση είναι πολύ χαμηλή, το στρώμα αργύρου είναι πολύ λεπτό (λιγότερο από 0,1 μm) και δεν μπορεί να προστατεύσει καλά τον χαλκό. Εάν η συγκέντρωση είναι πολύ υψηλή, η αντίδραση μπορεί να είναι πολύ ισχυρή και ο άργυρος μπορεί να αναπτυχθεί ως δενδρίτες. Αυτό καθιστά την επιφάνεια τραχιά (επιφανειακή τραχύτητα Ra > 0,5 μm).

Συμπλοκοποιητικός παράγοντας

Συνήθεις συμπλοκοποιητές είναι η αμμωνία ή οι οργανικές αμίνες. Σχηματίζουν σταθερό σύμπλοκο με ιόντα αργύρου, για παράδειγμα [Ag(NH₃)₂]⁺. Αυτό μειώνει το επίπεδο των ελεύθερων ιόντων αργύρου και επιβραδύνει την αντίδραση. Η μοριακή αναλογία συμπλοκοποιητή προς ιόντα αργύρου πρέπει να ελέγχεται σε περίπου 2:1 έως 3:1. Εάν η αναλογία είναι πολύ υψηλή, ο ρυθμός εναπόθεσης γίνεται πολύ αργός (λιγότερο από 0,05 μm/min). Εάν η αναλογία είναι πολύ χαμηλή, η αντίδραση δεν μπορεί να ελεγχθεί καλά και το στρώμα αργύρου μπορεί να έχει οπές.

Ρυθμιστής οξέων

Το μυρμηκικό οξύ ή το οξικό οξύ χρησιμοποιούνται συνήθως για τη ρύθμιση του pH του λουτρού σε περίπου 3,5-5,5. Εάν το pH είναι μικρότερο από 3,5, η σταθερότητα του συμπλόκου μειώνεται και εμφανίζονται περισσότερα ελεύθερα ιόντα αργύρου, οπότε η αντίδραση γίνεται βίαιη. Εάν το pH είναι μεγαλύτερο από 5,5, τα ιόντα χαλκού μπορούν να σχηματίσουν ίζημα υδροξειδίου του χαλκού και να μολύνουν το στρώμα αργύρου. Αυτό μπορεί να προκαλέσει την εμφάνιση μαύρων κηλίδων.

Πρόσθετα

Τα πρόσθετα περιλαμβάνουν επιφανειοδραστικές ουσίες (π.χ. θειικό δωδεκυλικό νάτριο) και αναστολείς διάβρωσης (π.χ. βενζοτριαζόλη). Οι επιφανειοδραστικές ουσίες μειώνουν την επιφανειακή τάση του διαλύματος σε επίπεδα κάτω των 30 mN/m και βοηθούν στην ομοιόμορφη κάλυψη του αργύρου, ιδίως στο εσωτερικό των οπών και στις γωνίες. Οι αναστολείς διάβρωσης καταστέλλουν την υπερβολική διάλυση του χαλκού. Το επίπεδο ιόντων χαλκού πρέπει να διατηρείται κάτω από 2 g/L για να αποφεύγονται κενά στο στρώμα αργύρου.

Βήματα διαδικασίας βύθισης αργύρου

Η ασημένια εμβάπτιση έχει τρία βασικά στάδια: προ-βύθιση, εμβάπτιση και τελικό ξέπλυμα με απιονισμένο νερό.

Η προ-βύθιση έχει τρεις σκοπούς. Πρώτον, λειτουργεί ως θυσιαστικό διάλυμα. Αποτρέπει τη μεταφορά χαλκού και άλλων ρύπων στο λουτρό εμβάπτισης από τη δεξαμενή micro-etch. Δεύτερον, παρέχει μια καθαρή επιφάνεια χαλκού για την αντίδραση εκτόπισης. Η επιφάνεια χαλκού στο προ-βύθισμα αποκτά το ίδιο χημικό περιβάλλον και pH με το λουτρό εμβάπτισης. Τρίτον, επειδή το pre-dip έχει την ίδια σύνθεση με το λουτρό εμβάπτισης εκτός από το μεταλλικό ασήμι, συμπληρώνει αυτόματα τη δεξαμενή εμβάπτισης. Στην αντίδραση εμβάπτισης το μόνο υλικό που καταναλώνεται είναι ο μεταλλικός άργυρος. Τα οργανικά μέρη στο λουτρό αλλάζουν μόνο επειδή κάποιο διάλυμα μεταφέρεται από τους πίνακες. Εάν το διάλυμα προ-βύθισης και το διάλυμα εμβάπτισης έχουν την ίδια σύνθεση, η ποσότητα που μεταφέρεται από το προ-βύθιση ισούται με την ποσότητα που μεταφέρεται από το λουτρό εμβάπτισης. Έτσι αποφεύγεται η περιττή συσσώρευση οργανικών ουσιών στο λουτρό εμβάπτισης.

Η αντίδραση βύθισης πραγματοποιείται με αντίδραση εκτόπισης μεταξύ ιόντων χαλκού και αργύρου. Εάν η επιφάνεια του χαλκού είναι μικροχαυλωμένη από ένα διάλυμα μικροχάραξης AlphaSTAR, το αποτέλεσμα είναι μια επιφάνεια χαλκού που μπορεί να αναπτύξει αργά ένα ομοιόμορφο στρώμα αργύρου υπό ελεγχόμενο ρυθμό εμβάπτισης. Ένας αργός ρυθμός εμβάπτισης βοηθά στη δημιουργία πυκνών κρυσταλλικών δομών και αποφεύγει την ανάπτυξη σωματιδίων που προέρχεται από τη γρήγορη καταβύθιση και τη συσσωμάτωση. Αυτό αποδίδει ένα στρώμα αργύρου υψηλής πυκνότητας.

Αυτή η πυκνή δομή, σε ένα μέτριο πάχος περίπου 6-12 μin (μικροιντσών), όχι μόνο παρέχει καλή αντοχή στη διάβρωση αλλά και πολύ καλή αγωγιμότητα. Το λουτρό αργύρου εμβάπτισης είναι σταθερό και έχει μεγάλη διάρκεια ζωής. Δεν είναι πολύ ευαίσθητο στο φως ή σε ίχνη αλογονιδίων.

Σύγκριση επιδόσεων: Immersion Silver vs. Immersion Gold (ENIG)

Ο χρυσός εμβάπτισης, ο οποίος είναι νικέλιο χωρίς ηλεκτρόδιο με χρυσό εμβάπτισης, είναι ένα κοινό φινίρισμα επιφάνειας PCB υψηλής ποιότητας. Οι βασικές διαφορές μεταξύ του χρυσού εμβάπτισης και του αργύρου εμβάπτισης εντοπίζονται στην απόδοση και το κόστος.

Αντοχή στη διάβρωση

Μια στοίβα χρυσού εμβάπτισης χρησιμοποιεί συχνά ένα στρώμα νικελίου 5-10 μm συν ένα στρώμα χρυσού 0,05-0,1 μm. Το στρώμα νικελίου απομονώνει το χαλκό και παρέχει πολύ καλύτερη αντοχή στη διάβρωση από ό,τι ο άργυρος εμβάπτισης. Μετά από δοκιμή σε υγρή θερμότητα διάρκειας 1000 ωρών, το στρώμα χρυσού εμβάπτισης παρουσιάζει μικρή αλλαγή, ενώ το στρώμα αργύρου εμβάπτισης μπορεί να εμφανίσει ελαφρά οξείδωση. Σε πολύ υγρά και μολυσμένα περιβάλλοντα, όπως ο βιομηχανικός έλεγχος, ο χρυσός εμβάπτισης παρουσιάζει σαφή πλεονεκτήματα αξιοπιστίας. Σε κανονικά περιβάλλοντα, όπως τα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, ο άργυρος εμβάπτισης μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις. Η διάρκεια ζωής της απόδοσης του αργύρου εμβάπτισης είναι σταθερή για περίπου 12 μήνες υπό κανονική αποθήκευση.

Απόδοση συγκόλλησης

Το ασήμι βύθισης έχει διαβροχή (εξάπλωση) κόλλησης περίπου 80-85%. Αυτό είναι ελαφρώς καλύτερο από τον χρυσό εμβάπτισης στα 75-80%, επειδή ο άργυρος έχει μεγαλύτερη συγγένεια με τη συγκόλληση. Αλλά η αντοχή της συγκόλλησης του χρυσού εμβάπτισης είναι κατά μέσο όρο 6-7 N, δηλαδή υψηλότερη από τον άργυρο εμβάπτισης με 5-6 N. Αυτό συμβαίνει επειδή το στρώμα νικελίου συνδέεται καλύτερα με το χαλκό. Για συγκολλητικές συνδέσεις με μικρό βήμα (μικρότερο από 0,2 mm), η ομοιομορφία του αργύρου εμβάπτισης μπορεί να είναι πιο χρήσιμη για την εκτύπωση πάστας συγκόλλησης. Για μεγάλες ενώσεις συγκόλλησης (μεγαλύτερες από 1 mm), ο χρυσός εμβάπτισης παρουσιάζει καλύτερη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία.

Κόστος και διαδικασία

Το ασήμι βύθισης κοστίζει περίπου 50-60% του χρυσού βύθισης. Αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι τα άλατα χρυσού κοστίζουν πολύ περισσότερο από τα άλατα αργύρου. Ο άργυρος εμβάπτισης χρειάζεται επίσης λιγότερα στάδια επεξεργασίας επειδή δεν χρειάζεται να επιμεταλλώσετε νικέλιο. Η αποδοτικότητα της παραγωγής είναι υψηλότερη και ο χρόνος επεξεργασίας μιας παρτίδας μπορεί να είναι περίπου 30% μικρότερος. Αλλά ο χρυσός εμβάπτισης έχει ευρύτερο παράθυρο διεργασίας και ανέχεται καλύτερα τις μεταβολές των παραμέτρων. Ο άργυρος εμβάπτισης απαιτεί αυστηρότερο έλεγχο της σύνθεσης του διαλύματος. Για παράδειγμα, η απόκλιση της συγκέντρωσης ιόντων αργύρου πρέπει να είναι μικρότερη από 1 g/L.

Προφυλάξεις λειτουργίας χημικού αργύρου

Παρακάτω παρατίθενται οι συστάσεις λειτουργίας και χειρισμού για το ασημένιο βύθισμα.

1. Συστάσεις χειρισμού

1. Σε κάθε βήμα μετά την επεξεργασία με βυθιζόμενο ασήμι, φοράτε καθαρά γάντια χωρίς θείο όταν χειρίζεστε τις πλακέτες.

2. Όταν επιθεωρείτε τις πλακέτες μετά την ασημένια εμβάπτιση, τοποθετήστε τις σε χαρτί χωρίς θείο.

3. Αποφύγετε την έκθεση του στρώματος αργύρου σε ενώσεις θείου ή χλωρίου σε κάθε στάδιο.

4. Το ασημένιο στρώμα είναι λεπτό και μπορεί να γρατζουνιστεί εύκολα. Χειριστείτε τις σανίδες με προσοχή.

2. Συστάσεις διάτρησης και δρομολόγησης

1. Η ασημένια διαδικασία εμβάπτισης συνήθως ορίζεται ως ένα τελευταίο στάδιο στην παραγωγή PCB. Δεν συνιστάται η ασημένια εμβάπτιση πριν από τη δρομολόγηση ή την τελική διαμόρφωση.

2. Μετά την εμβάπτιση του αργύρου και πριν από τη δρομολόγηση, τοποθετήστε χαρτί χωρίς θείο μεταξύ των στρώσεων και μεταξύ της πάνω και της κάτω πλακέτας για να αποφύγετε τις γρατσουνιές.

3. Συστάσεις καθαρισμού για επάργυρες πλακέτες

1. Μην χρησιμοποιείτε επιφανειοδραστικά ή όξινα καθαριστικά στην επιφάνεια του ασημιού.

2. Μην τρίβετε την ασημένια επιφάνεια με καμία γόμα.

3. Καθαρίζετε την ασημένια επιφάνεια μόνο με καθαρό νερό ή με μεθόδους ηλεκτροστατικού καθαρισμού.

4. Συστάσεις συσκευασίας και αποθήκευσης

1. Αφού βγουν οι πλάκες από τη γραμμή, μεταφέρετέ τις γρήγορα σε μη διαβρωτικό περιβάλλον με έλεγχο της θερμοκρασίας και της υγρασίας. Διατηρήστε τη θερμοκρασία αποθήκευσης κάτω από 30°C και τη σχετική υγρασία κάτω από 50%.

2. Μετά την επιθεώρηση, σφραγίστε τις πλάκες με κενό το συντομότερο δυνατό. Ολοκληρώστε τη συσκευασία υπό κενό εντός 8 ωρών και όχι περισσότερο από 24 ώρες.

3. Επιλογές συσκευασίας:
   A. Συσκευάστε 10-20 πίνακες ως μονάδα. Χρησιμοποιήστε χαρτί χωρίς θείο και χλώριο μεταξύ κάθε σανίδας. Καλύψτε το πάνω και το κάτω μέρος με 2-3 φύλλα χαρτιού χωρίς θείο. Σφραγίστε υπό κενό. Αυτό μπορεί να διατηρήσει τις σανίδες έως και έξι μήνες.
   B. Συσκευάστε 10-20 πίνακες ως μονάδα χωρίς διαχωριστικά χαρτιού. Η πάνω και η κάτω πλευρά των πλακετών ακουμπούν με την πλευρά συγκόλλησης στη μεμβράνη συσκευασίας. Αυτή η μέθοδος μπορεί να αποθηκευτεί μόνο για περίπου 2 μήνες. Χρησιμοποιήστε την μόνο μετά από συμφωνία με τον πελάτη.

4. Μην βάζετε το αποξηραντικό σε ασημένια συσκευασία εμβάπτισης, επειδή πολλά αποξηραντικά περιέχουν θείο.

5. Μην χρησιμοποιείτε αυτοκόλλητη ταινία, αυτοκόλλητες ετικέτες, σημάδια μελάνης ή λαστιχάκια σε ασημένιες πλάκες εμβάπτισης ή σε χαρτί χωρίς θείο. Αυτά τα στοιχεία ενδέχεται να περιέχουν θείο.

6. Επιλέξτε σακούλες κενού που αποτρέπουν τη μόλυνση και αντιστέκονται στη συγκέντρωση και την εισροή υγρασίας.

7. Μετά τη συσκευασία υπό κενό, αποθηκεύστε τη συσκευασία σε θερμοκρασία κάτω από 30°C και σχετική υγρασία κάτω από 50%.

8. Αφού ανοίξετε τις συσκευασίες κενού για τη συναρμολόγηση, επιδιώξτε να ολοκληρώσετε τη συναρμολόγηση εντός μίας ημέρας.

5. Συστάσεις ψησίματος

1. Για στρεβλωμένες ή λυγισμένες πλακέτες, κάντε ψήσιμο και ισοπέδωση πριν από την ασημένια εμβάπτιση.

2. Εάν οι ασημένιες πλάκες βύθισης έχουν παραμορφωθεί, κάντε ψήσιμο και ισοπέδωση. Τυλίξτε τις σανίδες σφιχτά σε αλουμινόχαρτο για να μειώσετε την οξείδωση του αργύρου κατά το ψήσιμο.

3. Χρησιμοποιήστε ειδικό φούρνο για το ψήσιμο. Εάν δεν υπάρχει ειδικός φούρνος, καθαρίστε καλά το φούρνο για να αποφύγετε τη μόλυνση της ασημένιας επιφάνειας.

6. Συστάσεις χειρισμού της πλακέτας δοκιμής

1. Όταν παίρνετε πίνακες δοκιμών μετά την ασημένια εμβάπτιση, φορέστε καθαρά γάντια χωρίς θείο.

2. Τοποθετήστε το ασήμι βύθισης ως ένα προχωρημένο στάδιο στην παραγωγή PCB.

3. Τυλίξτε κάθε ασημένια πλακέτα εμβάπτισης σε δύο φύλλα αλουμινόχαρτου ίδιου μεγέθους και, στη συνέχεια, συσκευάστε σε κενό αέρος.

7. Δοκιμές υλικών και συσκευασιών χωρίς θείο

1. Το χαρτί χωρίς θείο, τα γάντια χωρίς θείο και η μεμβράνη συσκευασίας χρειάζονται ελέγχους επιφανειακών στοιχείων. Χρησιμοποιήστε EDX σε 100× και σάρωση διπλής όψης.

8. Σημειώσεις παραγωγής για ασημένιες πλάκες εμβάπτισης

1. Εάν παραμένουν υπολείμματα από προηγούμενα στάδια (πράσινη μάσκα συγκόλλησης, υπολείμματα μεμβράνης κ.λπ.), μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα εκτεθειμένου χαλκού.

2. Εάν υπάρχουν υπολείμματα, αφαιρέστε τα ή αποτρέψτε τα πριν από την ασημένια εμβάπτιση. Η προεπεξεργασία πριν από την ασημένια εμβάπτιση δεν μπορεί πάντα να απομακρύνει τα υπολείμματα στα μαξιλάρια.

3. Κατά την παραλαβή, επιθεωρήστε οπτικά τις ασημένιες πλακέτες εμβάπτισης. Εάν βρεθούν πολλά εκτεθειμένα σημεία χαλκού ή αποχρωματισμός της ασημένιας επιφάνειας, σταματήστε την παραγωγή για τον συγκεκριμένο αριθμό παρτίδας και χειριστείτε την. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγεται η δημιουργία μεγάλων απορριμμάτων από εκτεθειμένο χαλκό μεγάλης κλίμακας.

9. Απαιτήσεις απιονισμένου νερού

1. Η ποιότητα του νερού έκπλυσης μετά την εμβάπτιση του αργύρου επηρεάζει άμεσα την καθαρότητα των ιόντων της τελικής πλακέτας. Επομένως, προσθέστε έναν μετρητή αγωγιμότητας στο στάδιο έκπλυσης μετά την ασημένια εμβάπτιση.

2. Πριν γεμίσετε τις δεξαμενές βυθιζόμενου αργύρου, επιβεβαιώστε την ποιότητα του νερού. Το προσωπικό δεν πρέπει να αποχωρεί κατά την προσθήκη νερού.

3. Απαιτήσεις ποιότητας νερού για ασημένιες γραμμές εμβάπτισης:

   • S.S (αιωρούμενα στερεά): κάτω από 5 PPM

   • T.D.S (ολικά διαλυμένα στερεά): κάτω από 10 PPM

   • Ολική σκληρότητα: κάτω από 20 PPM

   • Δεν ανιχνεύονται μεταλλικά ιόντα

   • Δεν ανιχνεύονται ιόντα χλωρίου

   • Αγωγιμότητα κάτω από 10 μS

10. Χημικές προσθήκες

1. Προσθέστε χημικές ουσίες σε κάθε δεξαμενή ασημένιας εμβάπτισης χρησιμοποιώντας ειδικά δοχεία μέτρησης για να αποφύγετε τη διασταυρούμενη μόλυνση.

11. Συστάσεις επανεπεξεργασίας

1. Η επανεπεξεργασία στη διαδικασία ασημένιας εμβάπτισης επιτρέπεται μόνο μία φορά. Καταγράψτε και επιθεωρήστε πλήρως τις επανεπεξεργασμένες πλακέτες.

Πρόκειται για τη διαδικασία βύθισης αργύρου με ασθενή αλκαλικά. Έχει σχεδιαστεί κυρίως για την επίλυση του γαλβανικού φαινομένου σε λεπτές γραμμές PCB.

Πώς η προεπεξεργασία επηρεάζει την ποιότητα του ασημένιου στρώματος

Η ποιότητα της προεπεξεργασίας του χαλκού της πλακέτας είναι η βάση για ένα ομοιόμορφο στρώμα αργύρου. Βήματα όπως η απολίπανση, η μικρο-έκτρωση και η πλύση με οξύ διασφαλίζουν ότι ο χαλκός είναι καθαρός και ενεργοποιημένος.

Απολίπανση

Χρησιμοποιήστε ένα αλκαλικό απολιπαντικό (pH 10-12) για να αφαιρέσετε λάδια και ρύπους από το χαλκό, όπως δακτυλικά αποτυπώματα και υγρό κοπής. Η τυπική θερμοκρασία είναι 50-60°C και ο χρόνος 1-2 λεπτά. Εάν η απολίπανση δεν είναι πλήρης, το στρώμα αργύρου ενδέχεται να μην αποτυπωθεί σε ορισμένα σημεία, προκαλώντας εκτεθειμένα σημεία χαλκού. Μπορείτε να το ελέγξετε με το τεστ μεμβράνης νερού. Μετά την απολίπανση, η μεμβράνη νερού πρέπει να παραμένει συνεχής για τουλάχιστον 30 δευτερόλεπτα.

Micro-etch

Χρησιμοποιήστε υπερθειικό νάτριο ή ένα σύστημα θειικού οξέος + υπεροξείδιο του υδρογόνου για τη μικροχάραξη του χαλκού. Αυτό απομακρύνει τα οξείδια και δημιουργεί μια μικροσκοπική τραχύτητα (Ra 0,1-0,3 μm). Ελέγξτε την αφαίρεση της μικρο-έκτρωσης στα 0,5-1 μm. Εάν η μικρο-απόξεση είναι ανεπαρκής και παραμείνει οξείδιο, η αντοχή συγκόλλησης του στρώματος αργύρου μειώνεται (αντοχή αποκόλλησης < 0,5 N/cm). Εάν το μικρο-etch είναι πολύ βαθύ (πάνω από 1,5 μm), ο χαλκός γίνεται πολύ τραχύς και το στρώμα αργύρου μπορεί να παγιδεύσει ρύπους και να μειώσει την αξιοπιστία της συγκόλλησης.

Πλύσιμο με οξύ

Μετά τη μικρο-έκτρωση, εξουδετερώστε τα υπολείμματα του διαβρωτικού με θειικό οξύ 5-10% για 30-60 δευτερόλεπτα. Βεβαιωθείτε ότι το pH της επιφάνειας του χαλκού είναι μικρότερο από 4. Εάν η πλύση με οξύ δεν είναι αρκετή, τα υπολειμματικά οξειδωτικά (όπως το υπερθειικό άλας) μπορεί να μολύνουν το λουτρό εμβάπτισης και να κάνουν το στρώμα αργύρου να γίνει μαύρο λόγω της οξείδωσης του αργύρου.