غوطه‌وری نقره

ایمرژن سیلور چیست؟

نقرهٔ غوطه‌وری یک پوشش نهایی سطحی است که بین پوشش‌های آلی و نیکل بدون الکتریک/طلا غوطه‌وری قرار دارد. این فرایند ساده و سریع است. حتی وقتی بردها در معرض حرارت، رطوبت یا آلودگی قرار می‌گیرند، نقره قابلیت لحیم‌پذیری خوبی را حفظ می‌کند. با این حال، لایهٔ نقره ممکن است درخشندگی خود را از دست بدهد. نقرهٔ غوطه‌وری فاقد استحکام فیزیکی نیکل بدون الکتریک/طلا است. این به این دلیل است که زیر لایهٔ نقره هیچ لایهٔ نیکل وجود ندارد.

اجزای اصلی حمام نقره‌ای غوطه‌وری و نقش‌های آن‌ها

فرمول حمام نقرهٔ غوطه‌وری به‌طور مستقیم کیفیت لایهٔ نقره را تعیین می‌کند. اجزای اصلی شامل نمک نقره، عامل کمپلکس‌ساز، تنظیم‌کنندهٔ اسید و افزودنی‌ها هستند. این اجزا با هم کار می‌کنند تا نرخ واکنش و شکل لایهٔ نقره را کنترل کنند.

نمک نقره

نمک نقره یون‌های نقره را آزاد می‌کند. نیترات نقره (AgNO₃) معمولاً استفاده می‌شود. غلظت معمول آن ۵–۱۵ گرم در لیتر است. اگر غلظت خیلی کم باشد، لایه نقره خیلی نازک (کمتر از 0.1 میکرومتر) می‌شود و نمی‌تواند به‌خوبی از مس محافظت کند. اگر غلظت خیلی زیاد باشد، واکنش ممکن است بیش از حد قوی شود و نقره ممکن است به‌صورت شاخک‌ها رشد کند. این امر سطح را زبر می‌کند (زبری سطح Ra > 0.5 میکرومتر).

عامل کمپلکس‌ساز

کمپلکس‌سازهای رایج آمونیاک یا آمین‌های آلی هستند. آن‌ها کمپلکس پایداری با یون‌های نقره تشکیل می‌دهند، برای مثال [Ag(NH₃)₂]⁺. این امر سطح یون‌های آزاد نقره را کاهش داده و واکنش را کند می‌کند. نسبت مولی عامل کمپلکس‌ساز به یون نقره باید در حدود ۲:۱ تا ۳:۱ کنترل شود. اگر این نسبت بیش از حد بالا باشد، سرعت رسوب بسیار کند می‌شود (کمتر از ۰٫۰۵ میکرومتر در دقیقه). اگر نسبت بیش از حد پایین باشد، واکنش به‌خوبی کنترل نمی‌شود و لایه نقره ممکن است دارای سوراخ‌های ریز (پین‌هول) باشد.

تنظیم‌کنندهٔ اسید

اسید فرمیک یا اسید استیک معمولاً برای تنظیم pH حمام به حدود ۳٫۵–۵٫۵ استفاده می‌شوند. اگر pH کمتر از ۳٫۵ باشد، پایداری کمپلکس کاهش یافته و یون نقره آزاد بیشتری آزاد می‌شود، بنابراین واکنش شدید می‌گردد. اگر pH بیش از ۵٫۵ باشد، یون‌های مس می‌توانند هیدروکسید مس رسوب کرده و لایه نقره را آلوده کنند. این امر می‌تواند باعث ایجاد لکه‌های سیاه شود.

مواد افزودنی

مواد افزودنی شامل سورفکتانت‌ها (برای مثال سدیم دودسیل سولفات) و بازدارنده‌های خوردگی (برای مثال بنزوتریازول) است. سورفکتانت‌ها تنش سطحی محلول را به کمتر از ۳۰ میلی‌نیوتن بر متر کاهش می‌دهند و به پوشش یکنواخت نقره، به‌ویژه در داخل حفره‌ها و نواحی گوشه‌ای کمک می‌کنند. بازدارنده‌های خوردگی از حل شدن بیش از حد مس جلوگیری می‌کنند. سطح یون مس باید زیر ۲ گرم بر لیتر نگه داشته شود تا از ایجاد حفره در لایه نقره جلوگیری شود.

مراحل فرآیند نقرهٔ غوطه‌وری

نوردهی نقره سه مرحلهٔ اصلی دارد: پیش‌غوطه‌وری، غوطه‌وری و آبکشی نهایی با آب بدون یون.

محلول پیش‌غوطه‌وری سه هدف دارد. اول اینکه، به‌عنوان یک محلول فداشونده عمل می‌کند. این محلول از ورود مس و سایر آلاینده‌ها از مخزن میکرو-حلاوت به حمام غوطه‌وری جلوگیری می‌کند. دوم اینکه، سطح مسی تمیزی را برای واکنش جابجایی فراهم می‌آورد. سطح مس در محلول پیش‌غوطه‌وری همان محیط شیمیایی و pH حمام غوطه‌وری را دارد. سوم اینکه، از آنجا که محلول پیش‌غوطه‌وری به جز نقره فلزی، از نظر ترکیبات با وان غوطه‌وری یکسان است، به طور خودکار وان غوطه‌وری را شارژ می‌کند. در واکنش غوطه‌وری، تنها ماده مصرفی نقره فلزی است. اجزای آلی موجود در حمام تنها به این دلیل تغییر می‌کنند که مقداری از محلول توسط بردها خارج می‌شود. اگر پیش‌غوطه‌وری و محلول غوطه‌وری از نظر ترکیبات یکسان باشند، مقداری که توسط پیش‌غوطه‌وری وارد می‌شود با مقداری که توسط حمام غوطه‌وری خارج می‌شود برابر خواهد بود. این امر از تجمع غیرضروری مواد آلی در حمام غوطه‌وری جلوگیری می‌کند.

واکنش غوطه‌وری از طریق یک واکنش جابجایی بین یون‌های مس و نقره رخ می‌دهد. اگر سطح مس با محلول میکرو-اتچ AlphaSTAR میکرو-اتچ شود، نتیجه سطح مسی است که می‌تواند به‌تدریج و تحت نرخ غوطه‌وری کنترل‌شده، یک لایه یکنواخت نقره ایجاد کند. نرخ غوطه‌وری آهسته به تشکیل ساختارهای بلوری متراکم کمک می‌کند و از رشد ذرات ناشی از ته‌نشینی و توده‌سازی سریع جلوگیری می‌کند. این امر منجر به ایجاد لایه‌ای با چگالی بالا از نقره می‌شود.

این ساختار متراکم با ضخامت متوسط حدود ۶–۱۲ میکرواینچ، نه تنها مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد بلکه رسانایی بسیار خوبی نیز ارائه می‌دهد. حمام نقرهٔ غوطه‌وری پایدار است و عمر مفید طولانی دارد. این حمام نسبت به نور یا هالیدهای ردیابی چندان حساس نیست.

مقایسه عملکرد: Immersion Silver در مقابل Immersion Gold (ENIG)

آبکاری طلایی، که نیکل بدون الکتریک با آبکاری طلایی است، یکی از پوشش‌های سطحی رایج در PCBهای رده‌بالا است. تفاوت‌های اصلی بین آبکاری طلایی و آبکاری نقره‌ای در عملکرد و هزینه نهفته است.

مقاومت در برابر خوردگی

یک استک آبکاری طلا معمولاً از یک لایه نیکل به ضخامت ۵–۱۰ میکرومتر و یک لایه طلا به ضخامت ۰.۰۵–۰.۱ میکرومتر تشکیل شده است. لایه نیکل مس را ایزوله کرده و مقاومت به خوردگی بسیار بهتری نسبت به نقره غوطه‌وری شده ارائه می‌دهد. پس از آزمون حرارت مرطوب ۱۰۰۰ ساعته، لایه طلا تغییر کمی نشان می‌دهد، در حالی که لایه نقره ممکن است اندکی اکسید شود. در محیط‌های بسیار مرطوب و آلوده، مانند کنترل صنعتی، طلا غوطه‌وری شده مزایای قابل‌توجهی در قابلیت اطمینان دارد. در محیط‌های معمولی، مانند لوازم الکترونیکی مصرفی، آبکاری نقره غوطه‌وری می‌تواند نیازمندی‌ها را برآورده کند. عمر مفید عملکرد آبکاری نقره غوطه‌وری در شرایط نگهداری معمولی حدود ۱۲ ماه پایدار است.

عملکرد لحیم‌کاری

نقرهٔ غوطه‌وری دارای پخش لحیم (وِتینگ) در حدود ۸۰–۸۵۱TP3T است. این مقدار اندکی بهتر از طلای غوطه‌وری با ۷۵–۸۰۱TP3T است، زیرا نقره تمایل بیشتری به لحیم دارد. اما استحکام اتصال لحیم در طلای غوطه‌وری به‌طور متوسط ۶–۷ نیوتن است که از ۵–۶ نیوتن در نقرهٔ غوطه‌وری بیشتر است. دلیل آن این است که لایهٔ نیکل بهتر با مس پیوند برقرار می‌کند. برای اتصالات لحیم‌کاری با فاصله‌ی ریز (کمتر از 0.2 میلی‌متر)، یکنواختی نقرهٔ غوطه‌وری می‌تواند برای چاپ خمیر لحیم مفیدتر باشد. برای اتصالات لحیم‌کاری بزرگ (بیشتر از 1 میلی‌متر)، طلای غوطه‌وری قابلیت اطمینان بلندمدت بهتری را نشان می‌دهد.

هزینه و فرآیند

هزینه نقره غوطه‌وری حدود ۵۰–۶۰ درصد هزینه طلا غوطه‌وری است. این عمدتاً به این دلیل است که نمک‌های طلا بسیار گران‌تر از نمک‌های نقره هستند. نقره غوطه‌وری همچنین به مراحل فرآیندی کمتری نیاز دارد زیرا نیازی به آبکاری نیکل ندارید. بازده تولید بالاتر است و زمان پردازش یک دسته می‌تواند حدود ۳۰ درصد کوتاه‌تر باشد. اما طلا غوطه‌وری پنجره فرآیندی وسیع‌تری دارد و تغییرات پارامترها را بهتر تحمل می‌کند. نقره غوطه‌وری نیازمند کنترل دقیق‌تری بر ترکیب محلول است. برای مثال، انحراف غلظت یون نقره باید کمتر از ۱ گرم بر لیتر باشد.

احتیاط‌های عملیاتی در کار با نقرهٔ شیمیایی

در زیر توصیه‌های عملیاتی و نگهداری برای نقرهٔ غوطه‌وری آمده است.

۱. رسیدگی به توصیه‌ها

1. در هر مرحله پس از عملیات آبکاری نقره، هنگام کار با بردها دستکش‌های تمیز و بدون سولفور بپوشید.

2. وقتی پس از آبکاری نقره، تخته ها را بازرسی می‌کنید، آنها را روی کاغذ بدون گوگرد قرار دهید.

3. در تمام مراحل از قرار گرفتن لایه نقره در معرض ترکیبات گوگردی یا کلر جلوگیری کنید.

4. لایه نقره‌ای نازک است و به‌راحتی خراش برمی‌دارد. با تابلوها با ملایمت رفتار کنید.

۲. توصیه‌های پانچ و مسیریابی

1. فرآیند نقره‌کاری غوطه‌وری معمولاً به‌عنوان مرحله‌ای دیرهنگام در تولید برد مدار چاپی (PCB) در نظر گرفته می‌شود. توصیه نمی‌شود قبل از مسی‌کاری یا شکل‌دهی نهایی، نقره‌کاری غوطه‌وری انجام شود.

2. پس از آبکاری نقره و پیش از ماشین‌کاری، برای جلوگیری از خط و خش، بین لایه‌ها و بین تخته بالایی و پایینی کاغذ بدون گوگرد قرار دهید.

۳. توصیه‌های تمیزکاری برای بردهای آبکاری‌شده با نقره

1. روی سطح نقره از سورفکتانت‌ها یا پاک‌کننده‌های اسیدی استفاده نکنید.

2. سطح نقره را با هیچ پاک‌کنی نمالید.

3. سطح نقره را تنها با آب خالص یا با استفاده از روش‌های تمیزکاری الکترواستاتیک تمیز کنید.

۴. توصیه‌های بسته‌بندی و نگهداری

1. پس از خروج بردها از خط تولید، آنها را سریعاً به محیطی غیرخوردگی‌زا با کنترل دما و رطوبت منتقل کنید. دمای نگهداری را زیر ۳۰ درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی را زیر ۵۰٪ نگه دارید.

2. پس از بازرسی، تخته ها را در اسرع وقت تحت خلأ قرار دهید. بسته‌بندی خلأ را ظرف ۸ ساعت و حداکثر تا ۲۴ ساعت تکمیل کنید.

3. گزینه‌های بسته‌بندی:
   الف. ۱۰ تا ۲۰ تخته را به‌صورت یک مجموعه بسته‌بندی کنید. بین هر تخته از کاغذ بدون گوگرد و بدون کلر استفاده کنید. سطح بالا و پایین را با ۲ تا ۳ برگ کاغذ بدون گوگرد بپوشانید. سپس بسته‌بندی را به روش وکیوم انجام دهید. این روش می‌تواند تخته‌ها را تا شش ماه نگهداری کند.
   B. ۱۰ تا ۲۰ برد را بدون جداکنندهٔ کاغذی به‌صورت یک مجموعه بسته‌بندی کنید. بردهای بالایی و پایینی با سمت لحیم به فیلم بسته‌بندی تماس پیدا می‌کنند. این روش تنها حدود دو ماه ماندگاری دارد. این روش را فقط پس از توافق با مشتری استفاده کنید.

4. در بسته‌بندی غوطه‌وری نقره، مادهٔ خشک‌کننده قرار ندهید زیرا بسیاری از خشک‌کننده‌ها حاوی گوگرد هستند.

5. از نوار چسب، برچسب‌های چسبنده، علائم جوهر یا کش‌های لاستیکی روی بردهای نقره‌ای غوطه‌وری یا روی کاغذ بدون گوگرد استفاده نکنید. این اقلام ممکن است حاوی گوگرد باشند.

6. کیسه‌های وکیومی را انتخاب کنید که از آلودگی جلوگیری کرده و در برابر نفوذ رطوبت و غلظت مقاوم باشند.

7. پس از بسته‌بندی وکیوم، بسته را در دمای کمتر از ۳۰ درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی کمتر از ۵۰۱TP3T نگهداری کنید.

8. پس از باز کردن بسته‌بندی‌های وکیوم برای مونتاژ، سعی کنید مونتاژ را ظرف یک روز به پایان برسانید.

۵. توصیه‌های پخت

1. برای PCBهای تاب‌خورده یا خمیده، قبل از آبکاری نقره، آن‌ها را حرارت داده و صاف کنید.

2. اگر تخته‌های نقره‌کاری غوطه‌وری تاب‌خورده باشند، آن‌ها را در فر بپزید و سپس صاف کنید. تخته‌ها را محکم در فویل آلومینیومی بپیچید تا در حین پخت، اکسیداسیون نقره کاهش یابد.

3. برای پخت از فر اختصاصی استفاده کنید. اگر فر اختصاصی در دسترس نیست، فر را به‌طور کامل تمیز کنید تا از آلودگی سطح نقره‌ای جلوگیری شود.

۶. توصیه‌های جابجایی برد تست

1. هنگام برداشتن بردهای آزمایشی پس از آبکاری نقره، از دستکش‌های تمیز و بدون گوگرد استفاده کنید.

2. ورونیک‌کردن نقره را به‌عنوان یک مرحلهٔ دیرهنگام در تولید برد مدار چاپی قرار دهید.

3. هر تکه نقرهٔ غوطه‌وری را در دو ورق فویل آلومینیومی هم‌اندازه بپیچید و سپس در بسته‌بندی وکیوم قرار دهید.

۷. آزمون مواد و بسته‌بندی فاقد گوگرد

1. کاغذ بدون گوگرد، دستکش‌های بدون گوگرد و فیلم بسته‌بندی نیاز به بررسی عناصر سطحی دارند. از EDX با بزرگنمایی ۱۰۰× و اسکن دو رو استفاده کنید.

۸. یادداشت‌های تولید برای تابلوهای نقره‌ای غوطه‌وری

1. اگر باقی‌مانده‌های مراحل قبلی (مانک ماسک لحیم سبز، فیلم باقیمانده و غیره) باقی بمانند، می‌توانند باعث بروز مشکلات در مس در معرض دید شوند.

2. اگر باقی‌مانده‌هایی وجود دارد، قبل از آبکاری نقره آن‌ها را حذف یا جلوگیری کنید. پیش‌پردازش قبل از آبکاری نقره همیشه نمی‌تواند باقی‌مانده‌ها را از روی پدها پاک کند.

3. پس از دریافت، به‌صورت چشمی بردهای نقره‌کاری غوطه‌وری را بازرسی کنید. اگر نقاط مسی زیادی نمایان یا تغییر رنگ سطح نقره مشاهده شد، تولید آن شماره سریال را متوقف کرده و آن را رسیدگی کنید. این کار از تولید ضایعات بزرگ ناشی از مس نمایان در مقیاس وسیع جلوگیری می‌کند.

۹. نیازمندی‌های آب بدون یون

1. کیفیت آب شست‌وشو پس از آبکاری نقره به‌طور مستقیم بر پاکی یونی برد نهایی تأثیر می‌گذارد. بنابراین، یک دستگاه اندازه‌گیری رسانایی به مرحله شست‌وشو پس از آبکاری نقره اضافه کنید.

2. قبل از پر کردن هر مخزن نقرهٔ غوطه‌وری، کیفیت آب را تأیید کنید. پرسنل نباید هنگام افزودن آب محل را ترک کنند.

3. الزامات کیفیت آب برای خطوط نقره غوطه‌وری:

   • مواد معلق (S.S): کمتر از ۵ پی‌پی‌ام

   • T.D.S (مواد جامد محلول کل): کمتر از ۱۰ PPM

   • سختی کل: کمتر از ۲۰ PPM

   • هیچ یون فلزی قابل تشخیصی

   • یون کلرید قابل تشخیص نیست

   • رسانایی کمتر از ۱۰ میکروسیمنس

۱۰. افزودنی‌های شیمیایی

1. برای جلوگیری از آلودگی متقابل، مواد شیمیایی را با استفاده از پیمانه‌های اندازه‌گیری اختصاصی به هر مخزن آبکاری نقره اضافه کنید.

۱۱. بازنگری توصیه‌ها

1. بازکاری در فرآیند آبکاری نقره تنها یک‌بار مجاز است. بردهای بازکاری‌شده را ثبت و به‌طور کامل بازرسی کنید.

این فرایند آبکاری نقره با محیط ضعیف قلیایی است. این فرایند عمدتاً برای رفع اثر گالوانیک روی خطوط ظریف PCB طراحی شده است.

چگونه پیش‌تصفیه بر کیفیت لایه نقره تأثیر می‌گذارد

کیفیت پیش‌پردازش روی مس برد مدار چاپی، مبنای ایجاد لایه‌ای یکنواخت از نقره است. مراحلی مانند چربی‌زدایی، میکرو-اتش و شستشوی اسیدی تضمین می‌کنند که مس تمیز و فعال باشد.

چربی‌زدایی

برای زدودن روغن و آلودگی از روی مس، مانند اثر انگشت و مایع برش، از چربی‌بر قلیایی (pH 10–12) استفاده کنید. دمای معمول 50–60 درجه سانتی‌گراد و زمان 1–2 دقیقه است. اگر چربی‌زدایی کامل انجام نشود، ممکن است لایه نقره در برخی نقاط رسوب نکند و نقاط مسی نمایان شوند. می‌توانید با آزمون فیلم آب این موضوع را بررسی کنید. پس از پاکسازی چربی، فیلم آب باید حداقل به مدت ۳۰ ثانیه پیوسته باقی بماند.

میکرو-ایتچ

برای میکرو-اتچ مس از پرمنگنات سدیم یا سیستم اسید سولفوریک + پراکسید هیدروژن استفاده کنید. این کار اکسیدها را از بین می‌برد و زبری میکروسکوپی (Ra 0.1–0.3 μm) ایجاد می‌کند. عمق تراش ریز را در محدوده ۰٫۵–۱ میکرومتر کنترل کنید. اگر تراش ریز ناکافی باشد و اکسید باقی بماند، مقاومت چسبندگی لایه نقره کاهش می‌یابد (نیروی کندن < ۰٫۵ نیوتن بر سانتی‌متر). اگر تراش ریز بیش از حد عمیق باشد (بیش از ۱٫۵ میکرومتر)، مس بیش از حد زبر می‌شود و لایه نقره می‌تواند آلاینده‌ها را در خود حبس کرده و قابلیت لحیم‌کاری را کاهش دهد.

شستشوی اسیدی

پس از میکرو-اچ، محلول باقی‌مانده را با اسید سولفوریک ۵–۱۰۱TP3T به مدت ۳۰–۶۰ ثانیه خنثی کنید. مطمئن شوید pH سطح مس کمتر از ۴ باشد. اگر شست‌وشوی اسیدی کافی نباشد، اکسیدان‌های باقیمانده (مانند پرسولفات) می‌توانند حمام غوطه‌وری را آلوده کرده و به‌دلیل اکسیداسیون نقره، لایه نقره را سیاه کنند.