イマージョン・シルバー

イマージョン・シルバーとは

無電解銀は、有機コーティングと無電解ニッケル／無電解金の中間に位置する表面仕上げです。プロセスはシンプルで迅速です。基板が熱や湿気、汚染にさらされても、銀は良好なはんだ付け性を保ちます。しかし、銀層は輝きを失います。無電解銀は、無電解ニッケル/無電解金のような物理的強度はありません。これは、銀の下にニッケル層がないためです。.

無浸漬銀槽の中核部品とその役割

浸漬銀浴の配合は、銀層の品質を直接決定する。主な成分は、銀塩、錯化剤、酸調整剤、添加剤などです。これらの部品は、反応速度と銀層の形状を制御するために協働します。.

銀塩

銀塩は銀イオンを与える。硝酸銀（AgNO₃）がよく使われる。一般的な濃度は5～15g/Lである。濃度が低すぎると銀層が薄くなりすぎ（0.1μm以下）、銅をうまく保護できなくなる。濃度が高すぎると、反応が強すぎて銀がデンドライト状に成長することがある。そのため、表面が粗くなる（表面粗さRa＞0.5μm）。.

錯化剤

一般的な錯化剤はアンモニアや有機アミンである。これらは銀イオンと安定な錯体、例えば[Ag(NH₃)₂]⁺を形成する。これにより、遊離銀イオンのレベルが下がり、反応が遅くなる。錯化剤と銀イオンのモル比は、2:1から3:1程度にコントロールする必要があります。比率が高すぎると析出速度が遅くなりすぎる（0.05μm/min以下）。比率が低すぎると、反応をうまく制御できず、銀層にピンホールが生じることがある。.

酸レギュレーター

浴のpHを3.5～5.5程度に設定するには、ギ酸や酢酸が一般的に用いられる。pHが3.5未満では錯体の安定性が低下し、遊離銀イオンが多く出現するため、反応が激しくなる。pHが5.5を超えると、銅イオンが水酸化銅の沈殿物を形成し、銀層を汚染します。そうすると黒い斑点が現れます。.

添加物

添加剤には界面活性剤（ドデシル硫酸ナトリウムなど）や腐食防止剤（ベンゾトリアゾールなど）がある。界面活性剤は、溶液の表面張力を30mN/m以下に下げ、特にビアホール内部やコーナー部の銀の均一な被覆を助けます。腐食防止剤は銅の過剰溶解を抑える。銅イオンの濃度は、銀層にボイドが生じないように2g/L以下に抑える。.

無電解銀プロセス

無電解銀には、前浸漬、浸漬、脱イオン水による最終すすぎの3つの主なステップがある。.

プレディップには3つの目的がある。第一に、犠牲溶液として機能する。銅やその他の汚染物質が、マイクロエッチングタンクから浸漬バスに運ばれるのを防ぎます。第二に、変位反応のための清浄な銅表面を作ります。プレディップの銅表面は、浸漬槽と同じ化学的環境とpHになります。第三に、プレディップは金属銀を除いて浸漬槽と同じ組成であるため、自動的に浸漬槽を構成する。浸漬反応において消費されるのは金属銀だけである。浴中の有機部分が変化するのは、何らかの溶液が基板によって持ち出されるためだけである。プレディップと浸漬溶液が同じ組成であれば、プレディップによる搬入量と浸漬槽による搬出量が等しくなる。これにより、浸漬槽に有機物が不必要に蓄積するのを防ぐことができる。.

浸漬反応は、銅イオンと銀イオンの置換反応によって起こります。銅の表面がアルファスターのマイクロエッチング液でマイクロエッチングされると、制御された浸漬速度の下で、ゆっくりと均一な銀層を形成することができます。ゆっくりとした浸漬速度は、緻密な結晶構造の形成を助け、速い沈殿や凝集から生じる粒子の成長を回避します。その結果、高密度の銀層が得られるのです。.

この緻密な構造は、約6～12μin（マイクロインチ）の適度な厚みで、優れた耐食性を与えるだけでなく、非常に優れた導電性を発揮する。無電解銀浴は安定しており、耐用年数も長い。光や微量のハロゲン化物にはあまり敏感ではありません。.

性能比較：イマージョン・シルバーとイマージョン・ゴールド（ENIG）の比較

無電解ニッケルに無電解金を加えた無電解金は、一般的なハイエンドPCB表面仕上げです。無電解金めっきと無電解銀めっきの主な違いは、性能とコストです。.

耐食性

無電解金スタックには、5～10μmのニッケル層と0.05～0.1μmの金層が使われることが多い。ニッケル層は銅を分離し、無電解銀よりもはるかに優れた耐食性を与えます。1000時間の湿熱試験後、浸漬金層はほとんど変化を示さないが、浸漬銀層はわずかな酸化を示すことがある。工業制御のような非常に湿度が高く汚染された環境では、無電解ゴールドは信頼性において明らかに優位性を示します。家電製品のような通常の環境では、無電解銀は要件を満たすことができます。無電解銀の保存寿命は、通常の保管で約12ヶ月間安定しています。.

はんだ付け性能

無電解銀のはんだ濡れ性（広がり）は約80～85%です。これは無電解金の75-80%よりもわずかに優れています。これは銀の方がはんだに対する親和性が高いからです。しかし、無電解金のはんだ接合強度は平均6～7Nで、無電解銀の5～6Nより高くなっています。ファインピッチ（0.2mm以下）のはんだ接合では、無電解銀の均一性がはんだペースト印刷に役立ちます。大きなはんだ接合部（1mm以上）には、無電解金の方が長期信頼性が高くなります。.

コストとプロセス

無電解銀の価格は無電解金の50-60%程度である。これは主に、金の塩が銀の塩よりもはるかに高いからです。また、無電解銀はニッケルをメッキする必要がないため、工程が少なくて済みます。生産効率は高く、1回のバッチ処理時間は30%ほど短くなります。しかし、無電解金はプロセスウィンドウが広く、パラメーターのばらつきに強いです。無電解銀は、溶液組成をより厳しく管理する必要があります。例えば、銀イオン濃度の偏差は1g/L以下でなければなりません。.

ケミカルシルバー使用上の注意

以下は、液浸シルバーの操作と取り扱いに関する推奨事項である。.

1.推奨事項

1. 無電解銀処理後のすべての工程で、基板を取り扱う際には硫黄を含まない清潔な手袋を着用すること。.

2. 浸漬銀後の基板を検査するときは、硫黄を含まない紙の上に置く。.

3. 銀層をあらゆる段階で硫黄化合物や塩素化合物にさらさないようにする。.

4. 銀の層は薄く、傷がつきやすい。ボードは優しく扱ってください。.

2.パンチングとルーティングの推奨事項

1. 無電解銀めっきは通常、プリント基板製造の後工程として設定されます。配線や最終成形の前に無電解銀めっきを行うことは推奨されません。.

2. 銀を浸漬した後、配線する前に、層を重ねる間と上下の板の間に硫黄を含まない紙を置き、傷を防ぐ。.

3.銀メッキ基板のクリーニングに関する推奨事項

1. 銀の表面に界面活性剤や酸性のクリーナーを使用しないでください。.

2. シルバーの表面を消しゴムでこすらないでください。.

3. 銀の表面は、純水または静電洗浄のみを使用してください。.

4.包装および保管に関する推奨事項

1. 基板がラインから外れたら、温度と湿度が管理された非腐食性の環境に速やかに移動してください。保管温度は30℃以下、相対湿度は50%以下に保ってください。.

2. 検査後、できるだけ早く基板を真空包装する。真空包装は8時間以内、24時間以内に終えること。.

3. 包装オプション：
   A.10～20枚のボードを1単位として梱包する。各ボードの間には、硫黄や塩素を含まない紙を使用する。上下を2～3枚の無硫黄紙で覆う。真空パックする。これにより、ボードを6ヶ月間保存することができる。.
   B.10～20枚の基板をセパレーターなしで1枚にまとめる。上下の基板は、はんだ面を包装フィルムに接触させる。この方法で保存できるのは2ヶ月程度です。お客様との合意の上でご使用ください。.

4. 多くの乾燥剤には硫黄が含まれているため、浸銀包装に乾燥剤を入れないでください。.

5. 粘着テープ、粘着ラベル、インクマーク、輪ゴムなどは、無浸透銀板や無硫黄紙には使用しないでください。これらのものには硫黄が含まれている可能性があります。.

6. 汚染を防ぎ、濃縮や湿気の侵入に耐性のある真空バッグを選ぶ。.

7. 真空包装後は、温度30℃以下、相対湿度50%以下で保管してください。.

8. 組み立て用の真空パックを開封したら、1日以内に組み立てを終えることを目標にする。.

5.ベーキングの推奨事項

1. 反ったり曲がったりしたプリント基板は、浸漬銀の前にベーキングと平坦化を行う。.

2. 無電解銀の板が歪んでいる場合は、焼いて平らにします。焼成中の銀の酸化を抑えるため、板をアルミホイルでしっかりと包みます。.

3. ベーキングには専用のオーブンを使用する。専用オーブンがない場合は、銀面が汚れないよう、オーブンを十分に洗浄してください。.

6.テストボードの取り扱いに関する推奨事項

1. 銀浸漬後のテストボードを取る際は、硫黄を含まない清潔な手袋を着用すること。.

2. 無電解銀はPCB製造の後工程に位置づけられる。.

3. それぞれのイマージョンシルバーボードを同じ大きさのアルミホイル2枚で包み、真空パックする。.

7.硫黄を含まない材料と包装の試験

1. 硫黄を含まない紙、硫黄を含まない手袋、包装フィルムは表面元素のチェックが必要。100倍のEDXと両面スキャンを使用。.

8.無電解銀基板製造上の注意事項

1. 以前の工程での残留物（緑色のソルダーマスク、残留フィルムなど）が残っていると、銅が露出する問題を引き起こす可能性がある。.

2. 残渣がある場合は、無電解銀めっきの前に残渣を除去するか、残渣を防いでください。無電解銀めっき前の前処理では、パッド上の残留物を除去できない場合があります。.

3. 受領後、無電解銀基板を目視検査する。銅の露出箇所や銀表面の変色が多数見つかった場合は、そのロット番号の生産を中止して処理する。これにより、大規模な露出銅による大きなスクラップを防ぐことができます。.

9.脱イオン水の要件

1. 無電解銀めっき後のすすぎ水の質は、完成基板のイオン清浄度に直接影響します。従って、無電解銀めっき後のリンス工程に導電率計を追加してください。.

2. 浸漬型銀タンクに水を補給する前に、水質を確認すること。水を追加する際、作業員はその場を離れてはならない。.

3. 浸漬銀線の水質要件：

   • S.S（浮遊物質）：5 PPM以下

   • T.D.S（総溶解固形物）：10PPM以下

   • 全硬度：20 PPM以下

   • 金属イオンは検出されない

   • 塩化物イオンは検出されない

   • 10μS以下の導電率

10.化学添加物

1. クロスコンタミネーションを防ぐため、専用の計量カップを使って各浸漬銀槽に薬品を入れる。.

11.リワークの推奨

1. 無電解銀プロセスでの再加工は1回のみ許される。リワークされた基板を記録し、完全に検査すること。.

弱アルカリ性浸銀プロセスです。主に微細なPCBラインのガルバニック効果を解決するために設計されています。.

前処理が銀層の品質に与える影響

プリント基板の銅の前処理の質は、均一な銀層の基礎となります。脱脂、マイクロエッチング、酸洗浄などのステップを踏むことで、銅がきれいになり、活性化されます。.

脱脂

指紋や切削液など、銅に付着した油や汚れを落とすには、アルカリ性の脱脂剤（pH10～12）を使う。一般的な温度は50～60℃、時間は1～2分。脱脂が完全でない場合、銀層が析出しない箇所があり、銅が露出する箇所が生じます。水膜テストで確認できます。脱脂後、少なくとも30秒間は水膜が持続していなければなりません。.

マイクロエッチング

過硫酸ナトリウムまたは硫酸＋過酸化水素システムを使って銅をマイクロエッチングする。これにより酸化物が除去され、微細な粗さ(Ra 0.1～0.3μm)が形成される。マイクロエッチ除去は0.5～1μmで管理する。マイクロエッチングが不十分で酸化物が残っていると、銀層の接着強度が低下します（ピール強度 < 0.5N/cm）。マイクロエッチングが深すぎると（1.5μm以上）、銅が粗くなりすぎ、銀層が汚染物質を捕捉してはんだ付けの信頼性を低下させます。.

アシッドウォッシュ

マイクロエッチングの後、残留エッチャントを5-10%硫酸で30～60秒間中和する。酸洗浄が十分でない場合、残留酸化剤（過硫酸塩など）が浸漬浴を汚染し、銀の酸化により銀層が黒くなることがあります。.