Inmersión Plata

Qué es la plata de inmersión

La plata de inmersión es un acabado superficial que se sitúa entre los revestimientos orgánicos y el níquel químico/oro de inmersión. El proceso es sencillo y rápido. Incluso cuando las placas sufren calor, humedad o contaminación, la plata mantiene una buena soldabilidad. Sin embargo, la capa de plata puede perder brillo. La plata de inmersión no tiene la resistencia física del níquel químico/oro de inmersión. Esto se debe a que no hay una capa de níquel bajo la plata.

Componentes básicos del baño de plata por inmersión y sus funciones

La fórmula del baño de plata por inmersión decide directamente la calidad de la capa de plata. Los principales componentes son la sal de plata, el agente complejante, el regulador ácido y los aditivos. Estos componentes trabajan juntos para controlar la velocidad de reacción y la forma de la capa de plata.

Sal de plata

La sal de plata da los iones de plata. Se suele utilizar nitrato de plata (AgNO₃). La concentración típica es de 5-15 g/L. Si la concentración es demasiado baja, la capa de plata es demasiado fina (menos de 0,1 μm) y no puede proteger bien el cobre. Si la concentración es demasiado alta, la reacción puede ser demasiado fuerte y la plata puede crecer en forma de dendritas. Eso hace que la superficie sea rugosa (rugosidad superficial Ra > 0,5 μm).

Agente complejante

Los complejantes comunes son el amoníaco o las aminas orgánicas. Forman un complejo estable con los iones de plata, por ejemplo [Ag(NH₃)₂]⁺. Esto reduce el nivel de iones de plata libres y ralentiza la reacción. La relación molar entre el agente complejante y el ion plata debe controlarse entre 2:1 y 3:1 aproximadamente. Si la relación es demasiado alta, la velocidad de deposición se vuelve demasiado lenta (menos de 0,05 μm/min). Si la relación es demasiado baja, la reacción no puede controlarse bien y la capa de plata puede presentar agujeros de alfiler.

Regulador de ácidos

El ácido fórmico o el ácido acético se utilizan habitualmente para ajustar el pH del baño a aproximadamente 3,5-5,5. Si el pH es inferior a 3,5, la estabilidad del complejo disminuye y aparece más ión plata libre, por lo que la reacción se vuelve violenta. Si el pH es superior a 5,5, los iones de cobre pueden formar precipitados de hidróxido de cobre y contaminar la capa de plata. Esto puede hacer que aparezcan manchas negras.

Aditivos

Los aditivos incluyen tensioactivos (por ejemplo, dodecil sulfato sódico) e inhibidores de la corrosión (por ejemplo, benzotriazol). Los tensioactivos reducen la tensión superficial de la solución por debajo de 30 mN/m y ayudan a que la plata se cubra uniformemente, especialmente en el interior de los orificios de paso y en las zonas de las esquinas. Los inhibidores de la corrosión suprimen la disolución excesiva de cobre. El nivel de iones de cobre debe mantenerse por debajo de 2 g/L para evitar la formación de huecos en la capa de plata.

Pasos del proceso de plata por inmersión

La plata de inmersión consta de tres pasos principales: inmersión previa, inmersión y aclarado final con agua desionizada.

La inmersión previa tiene tres objetivos. En primer lugar, actúa como solución de sacrificio. Evita que el cobre y otros contaminantes pasen al baño de inmersión desde el tanque de micrograbado. En segundo lugar, proporciona una superficie de cobre limpia para la reacción de desplazamiento. La superficie de cobre en la inmersión previa obtiene el mismo entorno químico y pH que el baño de inmersión. En tercer lugar, como la inmersión previa tiene la misma composición que el baño de inmersión, excepto por la plata metálica, compone automáticamente el tanque de inmersión. En la reacción de inmersión, el único material consumido es la plata metálica. Las partes orgánicas del baño cambian sólo porque las placas llevan a cabo alguna disolución. Si la solución de preinmersión y la de inmersión comparten la misma composición, la cantidad arrastrada por la preinmersión es igual a la cantidad arrastrada por el baño de inmersión. Esto evita la acumulación innecesaria de sustancias orgánicas en el baño de inmersión.

La reacción de inmersión se produce por una reacción de desplazamiento entre iones de cobre y plata. Si la superficie de cobre está micrograbada por una solución de micrograbado AlphaSTAR, el resultado es una superficie de cobre que puede desarrollar lentamente una capa de plata uniforme bajo una velocidad de inmersión controlada. Una velocidad de inmersión lenta ayuda a formar estructuras cristalinas densas y evita el crecimiento de partículas que se produce por precipitación y aglomeración rápidas. Así se obtiene una capa de plata de alta densidad.

Esta densa estructura, con un grosor moderado de unas 6-12 µin (micropulgadas), no sólo proporciona una buena resistencia a la corrosión, sino también una muy buena conductividad. El baño de plata por inmersión es estable y tiene una larga vida útil. No es muy sensible a la luz ni a las trazas de haluros.

Comparación de prestaciones: Immersion Silver frente a Immersion Gold (ENIG)

El oro por inmersión, que es níquel químico con oro por inmersión, es un acabado superficial de PCB de gama alta muy común. Las principales diferencias entre el oro por inmersión y la plata por inmersión radican en el rendimiento y el coste.

Resistencia a la corrosión

Una pila de oro por inmersión suele utilizar una capa de níquel de 5-10 μm más una capa de oro de 0,05-0,1 μm. La capa de níquel aísla el cobre y ofrece una resistencia a la corrosión mucho mayor que la plata de inmersión. Tras una prueba de calor húmedo de 1000 horas, la capa de oro de inmersión muestra pocos cambios, mientras que la capa de plata de inmersión puede mostrar una ligera oxidación. En entornos muy húmedos y contaminados, como el control industrial, el oro de inmersión muestra claras ventajas de fiabilidad. En entornos normales, como la electrónica de consumo, la plata de inmersión puede cumplir los requisitos. La vida útil del rendimiento de la plata de inmersión es estable durante unos 12 meses en condiciones normales de almacenamiento.

Rendimiento de soldadura

La plata de inmersión tiene una humectación (dispersión) de la soldadura de aproximadamente 80-85%. Este valor es ligeramente superior al del oro de inmersión (75-80%), ya que la plata tiene mayor afinidad con la soldadura. Sin embargo, la resistencia de la unión soldada del oro por inmersión es de 6-7 N de media, superior a la de la plata por inmersión, que es de 5-6 N. Esto se debe a que la capa de níquel se adhiere mejor al cobre. Para juntas de soldadura de paso fino (menos de 0,2 mm), la uniformidad de la plata de inmersión puede ser más útil para la impresión de pasta de soldadura. Para juntas de soldadura grandes (más de 1 mm), el oro de inmersión muestra una mayor fiabilidad a largo plazo.

Coste y proceso

La plata de inmersión cuesta alrededor de 50-60% del oro de inmersión. Esto se debe principalmente a que las sales de oro cuestan mucho más que las sales de plata. La plata de inmersión también necesita menos pasos de proceso porque no es necesario niquelar. La eficacia de la producción es mayor y el tiempo de procesamiento de un solo lote puede ser 30% más corto. Pero la plata de inmersión tiene una ventana de proceso más amplia y tolera mejor la variación de los parámetros. La plata de inmersión requiere un control más estricto de la composición de la solución. Por ejemplo, la desviación de la concentración de iones de plata debe ser inferior a 1 g/L.

Precauciones de uso de Chemical Silver

A continuación figuran las recomendaciones de funcionamiento y manipulación de la plata de inmersión.

1. Recomendaciones de manipulación

1. En todas las etapas posteriores al tratamiento de plata por inmersión, utilice guantes limpios y sin azufre para manipular las planchas.

2. Cuando inspeccione las planchas después de la plata de inmersión, colóquelas sobre papel sin azufre.

3. Evite exponer la capa de plata a compuestos de azufre o cloro en todas las fases.

4. La capa de plata es fina y puede rayarse fácilmente. Manipule las tablas con cuidado.

2. Recomendaciones de punzonado y fresado

1. El proceso de plateado por inmersión suele establecerse como un paso tardío en la producción de PCB. No se recomienda realizar la plata por inmersión antes del fresado o el conformado final.

2. Después de la plata de inmersión y antes del fresado, coloque papel sin azufre entre las capas y entre los tableros superior e inferior para evitar arañazos.

3. Recomendaciones de limpieza para placas plateadas

1. No utilice tensioactivos ni limpiadores ácidos en la superficie de plata.

2. No frote la superficie plateada con ninguna goma de borrar.

3. Limpie la superficie de plata sólo con agua pura o utilizando métodos de limpieza electrostática.

4. Recomendaciones de envasado y almacenamiento

1. Después de que las placas salgan de la línea, trasládelas rápidamente a un entorno no corrosivo con control de temperatura y humedad. Mantenga la temperatura de almacenamiento por debajo de 30°C y la humedad relativa por debajo de 50%.

2. Tras la inspección, selle las tablas al vacío lo antes posible. Termine el envasado al vacío en un plazo de 8 horas y no más de 24 horas.

3. Opciones de envasado:
   A. Empaquete de 10 a 20 tablas como una unidad. Utilice papel sin azufre ni cloro entre cada tabla. Cubrir la parte superior e inferior con 2-3 hojas de papel sin azufre. Selle al vacío. Esto puede conservar las tablas hasta seis meses.
   B. Empaquete 10-20 placas como una unidad sin separadores de papel. Las placas superior e inferior tocan el lado de la soldadura con la película de embalaje. Este método sólo puede almacenarse durante unos 2 meses. Utilícelo sólo previo acuerdo con el cliente.

4. No ponga desecante en envases de plata de inmersión porque muchos desecantes contienen azufre.

5. No utilice cinta adhesiva, etiquetas adhesivas, marcas de tinta ni gomas elásticas en las placas de plata de inmersión ni en el papel sin azufre. Estos elementos pueden contener azufre.

6. Elija bolsas de vacío que eviten la contaminación y resistan la concentración y la entrada de humedad.

7. Tras el envasado al vacío, almacenar el envase a temperatura inferior a 30°C y humedad relativa inferior a 50%.

8. Después de abrir los envases al vacío para el montaje, intente terminar el montaje en un día.

5. Recomendaciones para hornear

1. Para placas de circuito impreso alabeadas o dobladas, realice el horneado y aplanado antes de la plata de inmersión.

2. Si las tablas de plata de inmersión están alabeadas, hornéelas y aplánelas. Envuelva bien las tablas en papel de aluminio para reducir la oxidación de la plata durante el horneado.

3. Utilice un horno especial para la cocción. Si no dispone de un horno específico, límpielo a fondo para evitar la contaminación de la superficie plateada.

6. Recomendaciones para la manipulación de la placa de pruebas

1. Al tomar las placas de prueba después de la plata de inmersión, use guantes limpios sin azufre.

2. Coloque la plata de inmersión como un paso tardío en la producción de PCB.

3. Envuelva cada tabla de plata de inmersión en dos hojas de papel de aluminio del mismo tamaño y enváselas al vacío.

7. Ensayos de materiales y envases sin azufre

1. El papel sin azufre, los guantes sin azufre y la película de embalaje necesitan comprobaciones de elementos superficiales. Utilice EDX a 100× y escaneado a doble cara.

8. Notas de producción para placas de plata de inmersión

1. Si quedan residuos de pasos anteriores (máscara de soldadura verde, película residual, etc.), pueden causar problemas de cobre expuesto.

2. Si existen residuos, elimínelos o evítelos antes de la plata de inmersión. El pretratamiento antes de la plata de inmersión no siempre puede eliminar los residuos en las almohadillas.

3. En el momento de la recepción, inspeccione visualmente las placas de plata de inmersión. Si se encuentran muchos puntos de cobre expuesto o decoloración de la superficie de plata, detenga la producción para ese número de lote y manipúlelo. De este modo se evitan grandes desechos de cobre expuesto a gran escala.

9. Necesidades de agua desionizada

1. La calidad del agua de aclarado después de la plata de inmersión afecta directamente a la limpieza iónica de la placa acabada. Por lo tanto, añada un medidor de conductividad a la etapa de aclarado después de la plata de inmersión.

2. Antes de rellenar cualquier depósito de plata de inmersión, confirme la calidad del agua. El personal no debe ausentarse al añadir agua.

3. Requisitos de calidad del agua para las líneas de plata de inmersión:

   • S.S (sólidos en suspensión): inferior a 5 PPM

   • T.D.S (sólidos disueltos totales): por debajo de 10 PPM

   • Dureza total: inferior a 20 PPM

   • No se detectan iones metálicos

   • No se detecta ion cloruro

   • Conductividad inferior a 10 μS

10. Adiciones químicas

1. Añada los productos químicos en cada depósito de plata de inmersión utilizando vasos dosificadores específicos para evitar la contaminación cruzada.

11. Recomendaciones de reprocesado

1. El retrabajo en el proceso de plata de inmersión sólo se permite una vez. Registre e inspeccione completamente las placas retrabajadas.

Se trata del proceso de plata de inmersión débilmente alcalina. Está diseñado principalmente para resolver el efecto galvánico en líneas finas de PCB.

Cómo afecta el pretratamiento a la calidad de la capa de plata

La calidad del pretratamiento del cobre de la placa de circuito impreso es la base de una capa de plata uniforme. Pasos como el desengrasado, el micrograbado y el lavado con ácido garantizan que el cobre esté limpio y activado.

Desengrasante

Utilice un desengrasante alcalino (pH 10-12) para eliminar el aceite y la suciedad del cobre, como huellas dactilares y líquido de corte. La temperatura típica es de 50-60°C y el tiempo de 1-2 minutos. Si el desengrase no es completo, puede que la capa de plata no se deposite en algunos puntos, provocando puntos de cobre expuestos. Puede comprobarlo mediante la prueba de la película de agua. Después del desengrase, la película de agua debe permanecer continua durante al menos 30 segundos.

Micrograbado

Utilice persulfato sódico o un sistema de ácido sulfúrico + peróxido de hidrógeno para micrograbar el cobre. Esto elimina los óxidos y crea una rugosidad microscópica (Ra 0,1-0,3 μm). Controlar la eliminación del micrograbado a 0,5-1 μm. Si el micrograbado es insuficiente y queda óxido, la fuerza de adhesión de la capa de plata disminuye (resistencia al pelado < 0,5 N/cm). Si el micrograbado es demasiado profundo (más de 1,5 μm), el cobre se vuelve demasiado rugoso y la capa de plata puede atrapar contaminantes y disminuir la fiabilidad de la soldadura.

Lavado ácido

Después del micrograbado, neutralice el grabador residual con ácido sulfúrico 5-10% durante 30-60 segundos. Asegúrese de que el pH de la superficie de cobre es inferior a 4. Si el lavado con ácido no es suficiente, los oxidantes residuales (como el persulfato) pueden contaminar el baño de inmersión y hacer que la capa de plata se vuelva negra debido a la oxidación de la plata.