賈凡尼效應(yīng)的原因分析及對(duì)策

1、PCB化學(xué)鍍銀工藝賈凡尼效應(yīng)原因分析 及對(duì)策本文主要介紹了 PCB化學(xué)沉銀表面處理工藝的賈凡尼效應(yīng)的產(chǎn)生原因及生產(chǎn)控制方法。首先介紹了賈凡尼效應(yīng)產(chǎn)生的必然性， 然后對(duì)幾個(gè)主要影響因素進(jìn)行試 驗(yàn)分析，最終得出控制賈凡尼效應(yīng)的方法。關(guān)鍵詞：賈凡尼效應(yīng)、側(cè)蝕1.前言由于RoHS（減少有害物質(zhì)）的法規(guī)限制了 PCB本文主要介紹了 PCB化學(xué)沉銀表面處理工藝的賈凡尼效應(yīng)的產(chǎn)生原因及生 產(chǎn)控制方法。首先介紹了賈凡尼效應(yīng)產(chǎn)生的必然性， 然后對(duì)幾個(gè)主要影響因素進(jìn) 行試驗(yàn)分析，最終得出控制賈凡尼效應(yīng)的方法。關(guān)鍵詞：賈凡尼效應(yīng)、側(cè)蝕1. 前言由于RoHS（減少有害物質(zhì)）的法規(guī)限制了 PCB制造和板子組裝中鉛、鎘、

2、汞 和六價(jià)鉻化合物的使用迫使電路板的生產(chǎn)廠家從使用熱風(fēng)整平焊接轉(zhuǎn)向使用無(wú) 鉛替代品。一般來(lái)說(shuō)，在電路板的制造中通常使用的無(wú)鉛表面涂飾工藝有下列幾種： HASL、OSP （有機(jī)可焊性保護(hù)涂飾材料）、化學(xué)鍍鎳/浸金、化學(xué)鍍鎳/化學(xué)鍍 鈀/浸金、浸錫、浸銀，以及電鍍錫。較之其他幾種工藝化學(xué)浸銀又有它自身的 優(yōu)點(diǎn)：化鎳浸金制程在PCB制作上操作困難，成本昂貴。有機(jī)保焊劑在 PCB制 作上操作簡(jiǎn)易，成本低廉，但是在裝配上受到限制。化學(xué)浸銀可讓線路十分平整， 適用于高密度線路，密腳距的 SMT （表面貼裝），BGA （球腳陣列封裝）及晶 片直接安裝?；瘜W(xué)浸銀操作簡(jiǎn)單，成本不高，維護(hù)少，使用相對(duì)小型設(shè)備可有

3、高 產(chǎn)能。基于這些優(yōu)點(diǎn)，化學(xué)銀被更多的應(yīng)用于 PCB的表面處理。2. 化學(xué)銀及賈凡尼效應(yīng)原理眾所周知，化學(xué)沉銀的反應(yīng)機(jī)理非常簡(jiǎn)單，即為簡(jiǎn)單的金屬置換反應(yīng)，其反應(yīng)過程可以表達(dá)為：Ag+ + e=Ag E=0.799Cu+ 2e=Cu E=0.340 2Ag+ Cu=2Ag+Cu+ E=0.459正常情況下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，可用下圖表示：化學(xué)銀層經(jīng)過一定厚度的沉積，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)銅面的保護(hù)，順利完成焊接保 護(hù)的使命，但是往往事與愿違。沉銀過程中并非一帆風(fēng)順，我們都知道PCB表面經(jīng)過油墨印刷后才進(jìn)行表面涂覆處理，而油墨印刷后PCB的銅面將會(huì)呈現(xiàn)另外一種景象。可用下圖表示：阻焊制程中由于顯影的作用油墨或多或

4、少的存在側(cè)蝕，因此加工出來(lái)的油墨往往呈現(xiàn)下圖的形態(tài)：Cu這種形態(tài)的油墨結(jié)構(gòu)就提供了化銀所謂的“賈凡尼效應(yīng)”發(fā)生的良好環(huán)境。 這種油墨的undercut通常會(huì)形成狹小的裂縫，而裂縫中溶液無(wú)法交換，無(wú)法提 供足夠的Ag離子。但是在電解質(zhì)溶液中Cu不斷的失去電子變成Cu離子，而 與此同時(shí)溶液中的Ag離子又不斷的得到電子，沉積在裸露的銅面。直至溶液中 Ag離子得到電子與Cu失去電子水平達(dá)到平衡，反應(yīng)才會(huì)終止。因此“賈凡尼” 出現(xiàn)的位置表現(xiàn)為銀的厚度比正常位置厚。整個(gè)過程可用下圖表示：3. 賈凡尼效應(yīng)的影響因素分析通過上面內(nèi)容介紹可以了解，“賈凡尼效應(yīng)”的產(chǎn)生實(shí)際上有兩個(gè)主要因 素：一；置換反應(yīng)存在；二

5、、局部的離子供應(yīng)不足；關(guān)于置換反應(yīng)，化學(xué)沉銀、化學(xué)沉金等很多沉積本身都是此類反應(yīng)，但是問題的關(guān)鍵是反應(yīng)的程度。拿化學(xué)銀和化金來(lái)講，化學(xué)浸金的厚度一般在0.05O.lum,而化學(xué)銀的厚度一般在0.150.5um之間，因此化金沒有的問題發(fā)生在 化學(xué)銀工藝中。而對(duì)于局部由于縫隙導(dǎo)致的離子供應(yīng)不足的問題， 筆者認(rèn)為綠油工藝中可能 有兩個(gè)因素影響較大：一個(gè)因素是油墨的側(cè)蝕；另外的一個(gè)因素可能是油墨與銅 層之間的結(jié)合力。對(duì)此可用下圖加以說(shuō)明：簡(jiǎn)單的說(shuō)影響“賈凡尼效應(yīng)的因素可總結(jié)為： 化學(xué)銀厚度、油墨與銅結(jié)合力、 油墨側(cè)蝕大小3.1試驗(yàn)部分試驗(yàn)主要結(jié)合前面分析與實(shí)際過程中參數(shù)設(shè)計(jì)了DOE,選定因子分別為：沉

6、銀速度（決定銀厚）、阻焊前處理磨痕（決定結(jié)合力）、油墨型號(hào)、顯影速度、 曝光級(jí)數(shù)（三者影響油墨側(cè)蝕）3.1.1 DOE實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及結(jié)果磨痕(1D111)油程型號(hào)瞬光級(jí)數(shù)泉影速度 in min'沉銀速度 (n min)側(cè)辿(um)賈凡尼效110 133.4L38. 47.810G23K133.4L96. 5 c 0+ 310G23K1031.910. 10. i410 ；4譏f1331, 99.35* 1510 ；i長(zhǎng)興101.99.85. 5610長(zhǎng)興1031. 312. 58+210G23K133L3二 56.0810G23K103. 1L38.68,0911G23K103. 11.

7、98. 66.0"10UG23K133.4L37.27r 11114G23K133L95.36.61211長(zhǎng)興103. 11. 310. 27, 713UG23K103L39.57+31414長(zhǎng)哭133L38.66,815長(zhǎng)興1311. 98. 15* 516怏興1031. 910. 16.0注：1、沉銀速度為1.9m/min時(shí)，平均銀厚為0.30um,沉銀速度為1.3m/min 時(shí)，平均銀厚為0.40um。2、所有試驗(yàn)結(jié)果均符合華為標(biāo)準(zhǔn)線條深度的20%。3.2數(shù)據(jù)分析3.2.1應(yīng)用minitab分析，繪出主效應(yīng)圖如下:賈凡尼主效應(yīng)圖數(shù)據(jù)半均值氐S-礬陽(yáng)1隹誠(chéng)壯b 16 6g o3 S13l.P從主效應(yīng)圖中可以看出，在試驗(yàn)的5個(gè)因素中，沉銀速度是影響賈凡尼效應(yīng) 最大的因素，曝光級(jí)數(shù)也對(duì)賈凡尼效應(yīng)有較大的影響，顯影速度、 油墨型號(hào)和磨 痕對(duì)賈凡尼效應(yīng)沒有顯著的影響。4. 生產(chǎn)控制基于以上分析和試驗(yàn)證明，我司正常的油墨工藝參數(shù)可滿足化學(xué)銀工藝中賈 凡尼的要求。我公司應(yīng)從以下幾方面控制化學(xué)銀的賈凡尼效應(yīng)：1、首件沉銀厚度控制（0.15-0.3）；2、首件賈凡尼效應(yīng)確認(rèn)；3、生產(chǎn)過程中沉銀厚度的抽檢，建立 SPC空制；4、生產(chǎn)過程中卡板問題的預(yù)防。5、結(jié)論沉銀厚度作為化學(xué)沉銀的重要指標(biāo)