慧聰表面處理網訊：一、目前現狀
大家都知道，因為印製線路板完成裝配後不能重工，所以因微空洞而報廢所造成的成本損失最高。雖然其中有八個PWB製造廠商因為客戶退件而注意到了該缺陷，但是此類缺陷主要還是由裝配廠商提出。可焊性問題根本沒有被PWB製造廠商報告過，只有三家裝配廠商誤將發生在內部有大散熱槽/面的高縱橫比(HAR)厚板上的」縮錫」問題(是指在波峰焊後焊錫只填充到孔深度的一半)歸咎於沉銀層。經由原始設備商(OEM)針對此問題更深入的研究驗證，此問題完全是由於線路板設計所產生的可焊性問題，與沉銀工藝或其他最終表面處理方式無關。
二、根本原因分析
通過對造成缺陷的根本原因分析，可經由工藝改善和參數優化相結合的方式將這些缺陷率降到最低。賈凡尼效應通常出現在阻焊膜和銅面之間的裂縫下。在沉銀過程中，因為裂縫的縫隙非常小，限制了沉銀液對此處的銀離子供應，但是此處的銅可以被腐蝕為銅離子，然後在裂縫外的銅表面上發生沉銀反應。因為離子轉換是沉銀反應的源動力，所以裂縫下銅面受攻擊程度與沉銀厚度直接相關。2Ag++1Cu=2Ag+1Cu2++(+是失去一個電子的金屬離子)下面任何一個原因都會形成裂縫：側蝕/顯影過度或阻焊膜與銅面結合不好；不均勻的電鍍銅層(孔口薄銅處)；阻焊膜下基材銅上有明顯的深刮痕。
腐蝕，是由於空氣中的硫或氧與金屬表面反應而產生的。銀與硫反應會在表面生成一層黃色的硫化銀(Ag2S)膜，若硫含量較高，硫化銀膜最終會轉變成黑色。銀被硫汙染有幾個途徑，空氣(如前所述)或其他汙染源，如PWB包裝紙。銀與氧的反應則是另外一種過程，通常是氧和銀層下的銅發生反應，生成深褐色的氧化亞銅。這種缺陷通常是因為沉銀速度非常快，形成低密度的沉銀層，使得銀層低部的銅容易與空氣接觸，因此銅就會和空氣中的氧產生反應。疏鬆的晶體結構的晶粒間空隙較大，因而需要更厚的沉銀層才能達到抗氧化。這意味著生產中要沉積更厚的銀層從而增加了生產成本，也增加了可焊性出現問題的機率，如微空洞和焊接不良。
露銅通常與沉銀前的化學工序有關。這種缺陷在沉銀工藝後顯現，主要是因為前製程未完全去除的殘留膜阻礙了銀層的沉積而產生的。最常見的是由阻焊工藝帶來的殘留膜，它是在顯影液中顯影未淨所致，也就是所謂的「殘膜」，這層殘膜阻礙了沉銀反應。機械處理過程也是產生露銅的原因之一，線路板的表面結構會影響板面與溶液接觸的均勻程度，溶液循環不足或過多同樣會形成不均勻的沉銀層。
離子汙染線路板表面存在的離子物質會干擾線路板的電性能。這些離子主要來自沉銀液本身(殘存在沉銀層或在阻焊膜下)。不同沉銀溶液離子含量不同，離子含量越高的溶液，在同樣的水洗條件下，離子汙染值越高。沉銀層的孔隙度也是影響離子汙染的重要因素之一，孔隙度高的銀層容易殘存溶液中的離子，使得水洗的難度增大，最終會導致離子汙染值的相應升高。後水洗效果同樣會直接影響離子汙染，水洗不充分或水質不合格都會引起離子汙染超標。
微空洞通常直徑小於1mil，位於焊料和焊接面之間的金屬界面化合物之上的空洞被稱為微空洞，因為它實際上是焊接面的「平面空泡群」，所以極大的減小了焊接結合力。OSP、ENIG以及沉銀表面都會出現微空洞，其形成的根本原因尚未明確，但已確認了幾個影響因素。儘管沉銀層的所有微空洞都發生在厚銀(厚度超過15μm)表面，但並非所有的厚銀層都會發生微空洞。當沉銀層底部的銅表面結構非常粗糙時更容易產生微空洞。微空洞的發生似乎也與共沉積在銀層中的有機物的種類及成分有關。針對以上所述之現象，原始設備廠商(OEM)、設備生產服務商(EMS)、PWB製造廠商以及化學品供應商進行了數個模擬條件下焊接研究，但沒有一個能夠徹底消除微空洞。
三、預防措施
預防措施的制訂需要考量實際生產中化學品和設備對各種缺陷的貢獻度，才能避免或消除缺陷並提升良品率。賈凡尼效應的預防可以追溯到前製程的鍍銅工序，對高縱橫比孔和微通孔而言，均勻的電鍍層厚度有助於消除賈凡尼效應的隱患。剝膜，蝕刻以及剝錫工序中的過度腐蝕或側蝕都會促使裂縫的形成，裂縫中會殘留微蝕溶液或其他溶液。儘管如此，阻焊膜的問題仍是發生賈凡尼效應的最主要原因，大多數發生賈凡尼效應的缺陷板都有側蝕或阻焊膜脫落現象，這種問題主要來自於曝光顯影工序。因此如果阻焊膜顯影后都呈「正向腳」同時阻焊膜也被完全固化，那麼賈凡尼效應問題就幾乎可以被消除。要得到好的沉銀層，在沉銀的位置必須是100%金屬銅，每個槽溶液都有良好的貫孔能力，而且通孔內溶液能夠有效交換。若是非常精細的結構，如HDI板，在前處理和沉銀槽液中安裝超聲波或噴射器非常有用。對於沉銀工藝生產管理而言，控制微蝕速率形成光滑、半光亮的表面也可以改善賈凡尼效應。對於原始設備商(OEM)而言，應儘量避免大銅面或高縱橫比的通孔與細線路相連接的設計，消除發生賈凡尼效應的隱患。對化學品供應商而言，沉銀液不能有很強的攻擊性，要保持適當pH值，沉銀速度受控並能生成預期的晶體結構，能以最薄銀厚達到最佳的抗蝕性能。
腐蝕可以通過提高鍍層密度，降低孔隙度來減小。使用無硫材料包裝，同時以密封來隔絕板與空氣的接觸，也防止了空氣中夾帶的硫接觸銀表面。最好將包裝好的板存放在溫度30℃、相對溼度40%的環境中。雖然沉銀板的保存期很長，但是存儲時仍要遵循先進先出原則。
露銅可以通過優化沉銀的前工序來降低或消除。為了達到這個目的，可在微蝕後通過「破水」實驗或「亮點」實驗來檢查銅表面，清潔的銅表面可以保持水膜至少40秒。定期維護保養設備以確保溶液循環均勻穩定，通過DOE優化時間、溫度、攪拌來獲得最佳的沉銀操作參數，進而確保得到理想的厚度和高品質的銀層。根據需要使用超聲波或噴射器來提高沉銀液對微通孔、高縱橫比孔及厚板的潤溼能力，同時也為生產HDI板提供可行的解決方案，這些輔助的機械方法可被應用在前處理和沉銀液中來確保孔壁完全被潤溼。
離子汙染可通過降低沉銀溶液的離子濃度來降低。基於這個原因，在不影響溶液性能的條件下，沉銀液的離子含量應儘可能保持在較低水平。通常最後的清洗段要用去離子水清洗至少1分鐘，同時還必須定期檢測離子含量(陰離子和陽離子)是否符合工業標準。區別主要汙染的來源，這些測試的結果必須記錄並保留。
微空洞是最難預防的一種缺陷，因為它產生的真正原因尚未明確。誠如前面所述，我們已經知道有些因素似乎會引發微空洞或伴隨微空洞而出現，可以通過消除或儘量減少這些因素來達到控制出現微空洞問題。其中沉銀厚度是引發微空洞的最顯著因素，所以控制沉銀層厚度是首要步驟。其次還應該調整微蝕速度和沉銀速度以獲得光滑均勻的表面結構。還要通過測試槽液在使用周期內不同時間點的沉銀層的純度，來監控沉銀層中的有機物含量，合理的銀含量應控制在90%(原子比)以上。
四、理想工藝-AlphaSTAR
一個「理想工藝」除了是性能優異之外，還必須滿足2006年7月1日公布的電子工業對於安全、環保以及可靠性的要求。