PCB化学镀银工艺贾凡尼效应原因分析及对策

 一般来说,在电路板的制造中通常使用的无铅表面涂饰工艺有下列几种:HASL 、OSP (有机可焊性保护涂饰材料)、化学镀镍/浸金、化学镀镍/ 化学镀钯/浸金、浸锡、浸银,以及电镀锡。较之其他几种工艺化学浸银又有它自身的优点:化镍浸金制程在PCB 制作上操作困难,成本昂贵。有机保焊剂在PCB 制作上操作简易,成本低廉,但是在装配上受到限制。化学浸银可让线路十分平整,适用于高密度线路,密脚距的SMT (表面贴装),BGA (球脚阵列封装)及晶片直接安装。化学浸银操作简单,成本不高,维护少,使用相对小型设备可有高产能。基于这些优点,化学银被更多的应用于PCB 的表面处理。

  2. 化学银及贾凡尼效应原理

  众所周知,化学沉银的反应机理非常简单,即为简单的金属置换反应,其反应过程可以表达为:

             Ag++e—=Ag E=0.799

             Cu+++ 2e—=Cu E=0.340

             2Ag++Cu=2Ag+Cu++ E=0.459

  正常情况下反应自发进行,可用下图表示:

  化学银层经过一定厚度的沉积,就可以实现对铜面的保护,顺利完成焊接保护的使命,但是往往事与愿违。沉银过程中并非一帆风顺,我们都知道PCB 表面经过油墨印刷后才进行表面涂覆处理,而油墨印刷后PCB 的铜面将会呈现另外一种景象。可用下图表示:

  阻焊制程中由于显影的作用油墨或多或少的存在侧蚀,因此加工出来的油墨往往呈现下图的形态:

  这种形态的油墨结构就提供了化银所谓的“贾凡尼效应”发生的良好环境。这种油墨的undercut 通常会形成狭小的裂缝,而裂缝中溶液无法交换,无法提供足够的Ag 离子。但是在电解质溶液中Cu 不断的失去电子变成Cu 离子,而与此同时溶液中的Ag 离子又不断的得到电子,沉积在裸露的铜面。直至溶液中Ag 离子得到电子与Cu 失去电子水平达到平衡,反应才会终止。因此“贾凡尼”出现的位置表现为银的厚度比正常位置厚。整个过程可用下图表示:

 3. 贾凡尼效应的影响因素分析

  通过上面内容介绍可以了解,“贾凡尼效应”的产生实际上有两个主要因素:一;置换反应存在;二、局部的离子供应不足;

  关于置换反应,化学沉银、化学沉金等很多沉积本身都是此类反应,但是问题的关键是反应的程度。拿化学银和化金来讲,化学浸金的厚度一般在0.05~0.1um,而化学银的厚度一般在0.15~0.5um 之间,因此化金没有的问题发生在化学银工艺中。

  而对于局部由于缝隙导致的离子供应不足的问题,笔者认为绿油工艺中可能有两个因素影响较大:一个因素是油墨的侧蚀;另外的一个因素可能是油墨与铜层之间的结合力。对此可用下图加以说明:

  简单的说影响“贾凡尼效应的因素可总结为:化学银厚度、油墨与铜结合力、油墨侧蚀大小

  

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