新型沉銀工藝的生產經驗及特性連載(一)

摘要

　　延續本文作者之前對最新化學沉銀工藝特性的簡介，本文著重於介紹該工藝配合水平線作 業的生產經驗以及該化學沉銀工藝的穩定性。同時文章也討論了目前在一般化學沉銀工藝中共有的幾個可靠性問題，如「賈凡尼效應」，焊接點強度以及BGA 焊盤粘合的完整性。研究表明阻焊油墨的側蝕不是發生「賈凡尼效應」的必要條件，沉銀厚度才是最直接的原因。在錫鉛和SAC305 合金焊接面的剪切強度與沉銀厚度（0.05 – 0.5 μm）和無鉛回流焊處理無關。在BGA 焊接點中沒有發現降低焊接強度和可靠性的「平面」微空洞。

　　簡介

　　為了滿足電子工業對于禁用鉛的迫切要求，印刷電路板（PWB）工業正逐步將最終表面處理從錫鉛熱風整平轉移到其他表面處理，如沉銀、沉錫、化學沉鎳金以及有機保護膜（OSP [1]。其中，沉銀工藝由於它的優異性能及合理的成本，被認為是最佳的選擇。新型沉銀工藝的一般特性已在[2,3]敘述。本文著重探討水平線的生產經驗，該工藝的穩定性以及現有沉銀工藝共有的幾個可靠性問題，如細線路的「賈凡尼效應」、焊接點強度及BGA 焊盤粘合的完整性。

　　實驗

　　沉銀工藝的穩定性是通過監控在水平生產線的產品來評估（工藝步驟如表1 所示）。作為前處理步驟的除油段和微蝕段對於控制沉銀層的外觀很重要，總微蝕深度大約為1 – 2 μm，該微蝕深度與銅面實際狀況有關。

　　 銅線路上「賈凡尼效應」的發生趨勢是通過在水平生產線上處理沉銀測試板來評估。首先，測試板以 1 米/分的正常線速進行沉銀處理，(停留時間為2.5 分鐘)，沉銀厚度為0.25 μm（在尺寸為1.9 x 1.9 mm 的焊盤上測量）。其次，測試板在預浸段前使用和第一次相同的生產條件，但在沉銀段的線速度減為0.5 米/分，(停留時間為5 分鐘)，沉銀厚度為0.48 μm。在阻焊油墨剝除之前和之後用電子顯微鏡檢查銅線路被咬蝕的狀況來決定「賈凡尼效應」。

　　 焊接點的結合力用剪切測試來測量。在有BGA 焊盤（直徑為0.5 mm）的測試板上分別鍍0.05、0.2 和0.5 μm 厚的銀，然後將測試板在最高溫度262 °C 下進行3 次無鉛回流焊處理，再分別將Sn63Pb37 和SAC305 錫球（直徑為0.76 mm）用與之相匹配的焊膏焊接在BGA 焊盤上。最後用Dage PC-400 推力測試儀（如圖1 所示）以200 μm/sec 的速度完成剪切測試。

　　BGA 焊盤粘合的完整性是使用Nicolet 圖象系統在55 KV、30 μA 下的X 光測量。該系統利用X 光穿透力強、無破壞並且可以在顯示屏上形成圖象的特性，可以觀察物體的內部結構。從圖象可觀察到物體是否有隱藏的缺陷或內部不規則，如比較組件和印刷電路板之間焊接結合處零缺陷和其他缺陷的百分比；也可以和樣品的橫截面作對比。