如何排除浸镀银之各种缺点(一)百合怎么吃最好
延续本文作者之前对最新化学沉银工艺特性的简介，本文着重于介绍该工艺配合水平线作业的生产经验以及该化学沉银工艺的稳定性。同时文章也讨论了目前在一般化学沉银工艺中共有的几个可靠性问题，如“贾凡尼效应”，焊接点强度以及B G A焊盘粘合的完整性。研究表明阻焊油墨的侧蚀不是发生“贾凡尼效应”的必要条件，沉银厚度才是最直接的原因。在锡铅和S A C305合金焊接面的剪切强度与沉银厚度（0.05–0.5μm）和无铅回流焊处理无关。在B G A焊接点中没有发现降低焊接强度和可靠性的“平面”微空洞。
为了满足电子工业对于禁用铅的迫切要求，印刷电路板（P W B）工业正逐步将最终表面处理从锡铅热风整平转移到其他表面处理，如沉银、沉锡、化学沉镍金以及有机保护膜（O S P[1]。其中，沉银工艺由于它的优异性能及合理的成本，被认为是最佳的选择。新型沉银工艺的一般特性已在[2,3]叙述。本文着重探讨水平线的生产经验，该工艺的稳定性以及现有沉银工艺共有的几个可靠性问题，如细线路的“贾凡尼效应”、焊接点強度及B G A焊盘粘合的完整性。
实验
沉银工艺的稳定性是通过监控在水平生产线的产品来评估（工艺步骤如表1所示）。作为前处理步骤的除油段和微蚀段对于控制沉银层的外观很重要，总微蚀深度大约为1–2μm，该微蚀深度与铜面实际状况有
关。
铜线路上“贾凡尼效应”的发生趋势是通过在水平生产线上处理沉银测试板来评估。首先，测试板以1米/分的正常线速进行沉银处理，(停留时间为2.5分钟)，沉银厚度为0.25μm（在尺寸为1.9x1.9m m的焊盘上测量）。其次，测试板在预浸段前使用和第一次相同的生产条件，但在沉银段的线速度减为0.5米/分，(停留时间为5分钟)，沉银厚度为0.48μm。在阻焊油墨剥除之前和之后用电子显微镜检查铜线路被咬蚀的状况來決定“贾凡尼效应”。
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焊接点的结合力用剪切测试来测量。在有B G A焊盘（直径为0.5m m）
的测试板上分别鍍0.05、0.2和0.5μm厚的银，然后将测试板在最高温度262°C下进行3次无铅回流焊处理，再分别将S n63P b37和S A C305錫球（直径为0.76m m）用与之相匹配的焊膏焊接在B G A焊盘上。最后用D a g e P C-400推力测试仪（如图1所示）以200μm/s e c的速度完成剪切测试。
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鹅肉热量B G A焊盘粘合的完整性是使用N i c o l e t图象系统在55K V、30μA 下的X光测量。该系统利用X光穿透力强、无破坏并且可以在显示屏上形成图象的特性，可以观察物体的内部结构。从图象可观察到物体是否有隐藏的缺陷或内部不规则，如比较组件和印刷电路板之间焊接结合处零缺陷和其他缺陷的百
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分比；也可以和样品的横截面作对比，经过多次根本原因的追究，上述各项失效案例的确已大幅减少。不过对于贾凡尼效应的铜腐蚀问题则始终未能根绝，其原因是板面绿漆边缘与立体铜线间一向存在着较多的细缝（Crevice），于是在浸镀银的湿制程中会使得银液在毛细作用下不断渗入细缝内，再加上后清洗难竟全功之下，造成银离子与铜金属之间发生了贾凡尼电化学电池式的腐蚀反应。事实上唯有当铜金属被腐蚀成为铜离子而释出电子时，银离子才能产生沉积反应。这种无从避免的麻烦也与银层厚度（浸镀时间）有关，愈厚当然就越不好。
上述板面绿漆与铜导线之间所存在细缝的问题，其背后的真正原因则是感光绿漆施工中，其皮膜本身已发生侧蚀甚至过度显像的异常，以致未能完全紧贴在铜导线的两侧面或附着性不佳所致。此外深孔中央银层太薄或绿漆下铜面上已出现较深的刮痕者，都将会出现贾凡尼式咬铜的麻烦。
3.2银面变色（Tarnish）
银面变色变脏与空气中的氧与硫有关，一旦银面与硫接触时将会形成黄色的Ag2S硫化银薄膜，若继续接触中将会逐渐变到棕黑色。此种硫污染的来源可能出自不洁空气中的污染，或来自看似无害的包装用纸类。至于氧气则除了空气之外，底铜表面氧化已存在的Cu2O与CuO等薄膜，其中的氧将可能转移到银层中。且对快速沉积厚度很薄、结构松散又具多孔性的浸银层而言，又将让底铜大有机会继续与空气接触而再行氧化。为了防堵此漏洞起见，势必要加厚银镀层以阻止其晶界（Grain Boundary）的漏气。然而加厚银层不但会使成本上升，而且细缝中的贾凡尼咬铜效应也将更为之恶化。且在离子污染增多后其焊锡性亦将变差，甚至出现焊点微洞与变脆等问题（见下页图3）。
无可奈何花落去的下一句3.3局部露铜
此种缺失与浸银制程本身有关，经常在完成浸银工序后即可发现。其原因是铜面上在前处理流程中可能已附着了一层阻碍反应的薄膜，致使铜与银之间无法发生置换反应。此膜一旦微蚀不掉时将会阻止铜的释出电子行为，而无法让银层产生沉积反应。此外浸银槽液的机械搅拌也会产生一些不同的效果，
加以生产板类在几何外形上的差异，使得不同区域受到药水的冲刷效果也有所不同，以致让浸渡银层的厚度也出现不够均匀的现象，太薄区域看起来就会出现镀不上银而露铜的现象。
3.4离子污染
经过湿制程后板面上可能残留的各种离子，都将会对PCB的电性功能造成不良影响。此等烦恼多半出自银层表面附着药水的不易清洗，甚至在绿漆表面也会残留已老化的槽液。浸镀银的配方中经常会加入一些有机物，因而也可能会随伴发生一些有机皮膜等额外异物的附着，进而造成后段清洗的困难。通常补充银消耗的做法是采用专用的补给药水，而此等药水是将金属银配制成为“有机银的络合物”（Organic Silver Complexes），一旦银金属用掉后将剩下颇多量的有机物，当然就会使得后段清洗越发困难了。
过社3.5微洞现象（Microvoids）
浸银层在下游焊接中所发生的焊点微洞，直径大多不足Imil，且多数聚集在焊点与承垫IMC 以上的介面处，是一种全面分布性空泡式的众多小空洞，对焊点强度会出现一种“破坏性的效应”（Devastating Effect）
此种介面性微空洞不但在PCB浸镀银的焊接中出现，也会发生在OSP与ENIG等皮膜之焊接中，其根
本原因到目前为此尚未彻底搞清楚。不过也找到某些确定的相关成因，例如厚度加厚者微空洞也较多（尤其当厚度超过15μin者），然而某些配方也未必全然如此。此外底铜面的粗糙度也是原因之一，通常愈粗愈糟。且还发现与配方中的有机物含量与成份有关，某些有机物则容易伴随银金属产生共镀而存在于皮膜中。不过这种假设性的理论，曾经通过某些品牌商（OEM）、代工组装业者（EMS）、PCB业者，与药水供应商等，所共同组成联盟的多次合作研究，竟然没有一次模拟成功，当然也就无法将微洞彻底予以排除了（见下页图4）。
四、各种预防方法
上述五项常见的浸镀银缺点经由药水商与设备商以及PCB等现场之解困研究，现已找出某些
预防与改善的办法，可提供PCB业者解决问题与提升良率，现分述于下：
4.1贾凡尼咬铜
此问题须上溯到电镀铜制程，发现凡对象为高厚径比的深孔镀铜与盲孔镀铜之案例，若能提供其铜厚分布更均匀者，将可减少此种贾凡尼咬铜现象。且PCB制程中金属阻剂（例如纯锡层）的剥除与蚀刻铜等，一旦出现过度蚀刻而存在侧蚀现象者，亦可能会产生细缝而藏有电镀液与微蚀液。
事实上贾凡尼问题最大的来源就是绿漆工程，其中以绿漆现象所造成的侧蚀与皮膜浮雕最容易造成细缝。凡能让绿漆现象出现正性的残足而非负性的侧蚀，并在绿漆彻底后硬化之下，则此种贾凡尼的咬铜之缺失将可予以排除。至于电镀铜的操作务必在强烈的搅拌中让深孔中电镀铜更为均匀，此时还需用利用超音波与强流器（Eductor）的帮忙搅拌，以改善槽液的质传与铜厚的分布。至于浸镀银的本身制程，则需严格管制其前段的微蚀咬铜率，平滑的铜面亦可减少绿漆后细缝的存在。最后是银槽本身不可出现太强的咬铜反应，PH值以中性为宜，且镀着速率也不可太快，最好在厚度上要尽量的剪薄，而于最佳化之银结晶之下才能做好抗变色的功能。
4.2变色的改善
其改善方法是增加镀层密度与减少其疏孔度（Porosity），包装产品务必采用无硫纸并加以密封，以隔绝掉空气中的氧气与硫份，进而降低其变色的来源。且储存区环境的气温不宜超过30℃，湿度须低于40%RH，
最好采行先进先用的政策，避免存放太久而产生问题。
4.3银面露铜的改善
浸镀银之前的各种流程均需小心管控，例如微蚀铜面后注意其“水破”的检测（Water Break指拒水性）与特别亮铜点的观察，此皆表示铜面可能存在某些异物。微蚀良好的干净铜面，其直立状态须保持40秒内不可发生水破现象。连线设备亦应定期保养，以维持其水性的均匀性，如此方能得到较均匀的镀银层。操作中还需不断对浸镀铜时间、液温、搅拌，与孔径大小等进行DOE 实验计划之试验，以取得最佳品质的镀银层、且对于具有深孔的厚板以及HDI微盲孔板的浸镀银制程，也可另采用超音波与强流器的外力协助，以改善银层的分布。此等槽液的额外强力搅拌，确可改善深孔与盲孔中的药水润湿与交换的能力，对于整个湿制程都有莫大的帮助。
4.4板面离子污染的改善
若能将浸镀银槽液的离子浓度，在不妨碍镀层品质而予以降低时，则板面所带出而附着的离子自然得
以减量。完成浸镀后的清洁中，其干燥前务必还要经过纯水的漂洗1分钟以上，以减少附着的离子。而且对于完工板也还要定时检验其清洁度，务必让板面的残余离子量减到最低而能合业界的规范。所做过的试验均应保存其记录，以备不时之需。
4.5焊点微洞的改善
夺俸
介面微洞仍是目前浸镀银最难改善的缺点，因为其真正的成因至今仍未真相大白，但至少某些相关的原因已可确定。于是在尽量减少其关连性因素的发生下，当然也可减少下游焊接微洞的发生。
相关因素中又以银层厚度最为关建，务须将银层厚度尽可能的减低。其次是前处理的微蚀不可让铜面太过粗糙，而银厚度分布的均匀性也是重点之一。至于银层中的有机物含量，则可能从多点取样银层纯度分析中而反向得知，其中纯银含量不可低于90%之原子比。
五、AIPha STAR的管理
电子业自2006.7.1无铅接正式上路以后，上下游各种制程不但要研究最佳化的“理想制程”（Ideal process），而且还要符合安全、环保与可靠度等多项要求。Enthone公司自从1994年在PCB 业推出具有专利的浸镀银（沉银）制程后，目前已进展到第三代的浸镀银工艺，也就是商品名称
